JP2001286160A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装置の小型化および低廉化を図ること。 【解決手段】複数個の整流素子からなり交流電圧を直流
電圧に変換する整流回路20と、整流回路に並列接続され
た直流平滑回路30と、直流平滑回路により平滑された直
流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路40とを、金
属からなるユニットシャーシ60に収納して構成される単
位インバータセルを複数個備え、各単位インバータセル
のユニットシャーシを接地電位から絶縁すると共に、各
単位インバータセルのインバータ回路の出力側を各相ご
とに直列に接続した多重式の電力変換装置において、各
単位インバータセルの直流平滑回路30を、互いに直列接
続された２つの第１のインピーダンス回路31から構成
し、各第１のインピーダンス回路の接続点である直流中
点39を、所定の電流値以上の電流が流れた時に溶断する
ヒューズ331を介して、各単位インバータセルのユニッ
トシャーシ60に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧に用いるの
に適した電力変換装置に係り、特に小型化ならびに低廉
化を図った電力変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電力変換装置（通常、パワー
モジュールと称されている）は、多数の半導体素子を用
いて構成され、保守性や取り扱いの良さから、モールド
パッケージ型の素子が多く使われている。

【０００３】また、装置の小型化、高性能化への期待か
ら、素子の高電圧化が進み、特に高速スイッチング素子
では、最高使用電圧が４０００Ｖを超えるモールドパッ
ケージ型の素子が実用化されている。

【０００４】電力変換装置は、前述の高速スイッチング
素子の他、ダイオード、サイリスタ等の素子の組み合わ
せで構成しているが、小型、高性能、安価、保守性の良
さ等の市場ニーズから、定格や外形、冷却方法等の異な
る素子を如何に組み合わせて市場ニーズを満足するか
が、設計上の重要なテーマとなっている。

【０００５】そして、その１つの形態として、大容量
化、高電圧化を目的として、最近では、複数個の単位イ
ンバータセルの出力側を直列に接続して、三相交流電力
を負荷に供給する、例えば“特開平１１−１２２０４３
号公報”に開示されているような多重式の電力変換装置
が提案されてきている。

【０００６】図４は、この種の多重式の電力変換装置
（インバータ装置）の構成例を示す回路図である。

【０００７】図４において、三相電源１から遮断器２を
介し、１次側に１つの巻線３Ｐ、２次側に複数の巻線３
Ｓを有する変圧器３を介して、三相交流電力を複数個の
単位インバータセル４Ｕ１〜４Ｗ３に供給する。

【０００８】また、各単位インバータセル４Ｕ１〜４Ｗ
３の出力側を直列に多重接続し、さらにその一方を中性
点として接続し、その他方を三相の誘導電動機５に接続
することにより、誘導電動機５に三相交流電力を供給す
る。

【０００９】図５は、上記各単位インバータセル４Ｕ１
〜４Ｗ３の詳細な構成例を示す回路図である。

【００１０】図５に示すように、各単位インバータセル
４Ｕ１〜４Ｗ３は、整流器２１からなり交流入力点１０
の交流電圧１０４を直流電圧１４４に変換する整流回路
２０と、平滑コンデンサ３１２および分圧抵抗３１１を
並列に接続してなるインピーダンス回路３１を二回路直
列接続した直流平滑回路３０と、二つのインピーダンス
回路３１の接続点である直流中点３９とユニットシャー
シ６０との間を電位固定抵抗３３２を介して接続する電
位固定回路３３と、直流電圧１４４の正極側にて、整流
回路２０と直流平滑回路３０との間に設けた初期充電抵
抗５２１とこの初期充電抵抗５２１に並列に接続された
バイパスサイリスタ５２１とからなる初期充電回路と、
直流電圧１４４に直流平滑回路３０を介して接続され、
高速スイッチング素子４１からなる、直流電圧１４４を
単相交流電圧１０４にて変換して交流出力１４に出力す
るインバータ回路４０とで構成されている。

【００１１】整流器２１は、二個の整流素子を直列に接
続してモールドパッケージに収納したモールドパッケー
ジ型の整流器であり、モールドパッケージの外周のいず
れか一面に冷却面を有し、ユニットシャーシ６０に取り
付けられた冷却器に取り付けられている。

【００１２】なお、一般的なパワーユニットでは、ユニ
ットシャーシ６０を接地電位に電位固定するため、直列
多重によって出力電圧が高電圧となった場合、接地電位
との間の大きな絶縁距離を必要とする。

【００１３】そこで、これを避けるために、多重式の電
力変換装置では、個々の単位インバータセル４Ｕ１〜４
Ｗ３に収納している電気部品の耐電圧を下げると共に、
絶縁距離を短くして個々の単位インバータセル４Ｕ１〜
４Ｗ３を小型化するために、複数個直列に接続される単
位セルインバータ４Ｕ１〜４Ｗ３のそれぞれにおいて、
ユニットシャーシ６０を接地電位から絶縁し、かつユニ
ットシャーシ６０を電位固定用の抵抗３３２によって直
流中点３９に電位固定している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、装置の
小型化、高性能化のために、回路電圧を高くしたいとい
う要求と、容易な保守性や組立性の考慮とから、高耐圧
のモールドパッケージ型の素子への期待は高く、最近で
は、４００Ｖ級の高速スイッチング素子も開発されてい
る。

【００１５】この高耐圧のスイッチング素子の性能を有
効に利用するために、回路構成を高くしようとする場
合、必然的に他の素子、例えば整流素子も高い回路電圧
に対応したものが求められる。

【００１６】高耐圧のスイッチング素子を利用した回路
に、ダイオード等の整流素子や、回路の開閉に用いるサ
イリスタ等を組み合わせる場合、圧接型の整流素子の利
用と、モールドパッケージ型の整流素子の利用との２通
りが考えられる。

【００１７】ここで、圧接型の素子を利用する場合に
は、比較的高電圧のものが入手し易いという利点があ
る。

【００１８】しかしながら、圧接型の整流素子は、素子
を圧接する必要性から、強度を有するフィンや導体を、
サンドイッチ状に組み合わせて圧接するスタック構造を
必要とする。

【００１９】一方、モールドパッケージ型の整流素子
は、冷却器にネジ止めで使用することができ、スタック
構造を必要としない。

【００２０】このため、両者の基本的な構造の違いか
ら、モールドパッケージ型のスイッチング素子とスタッ
ク構造を要する圧接型の整流素子との組み合わせで、１
つの回路を構成してユニット化するには、スペースや構
造的な支持部材、複雑な接続構造等が必要となり、小型
化、低廉化といった市場ニーズに反する。

【００２１】一方、モールドパッケージ型の整流素子を
使用する場合、組み付け方法が共通になることから、小
型化、低廉化といった市場要求に応え易い。

【００２２】しかしながら、市場では一般に、ダイオー
ドやサイリスタ等の素子に比べて、ＩＧＢＴやＧＴＯ等
のスイッチング素子の高電圧化が先行する。このため、
回路電圧に満たない定格の素子しか入手できないことが
多い。

【００２３】この点、圧接型の整流素子であれば、直列
数を増やして回路電圧を満足することも可能であるが、
モールドパッケージ型の整流素子では、以下のような理
由によって困難である。

【００２４】すなわち、モールドパッケージ型の整流素
子の外周のいずれか１面は、冷却器に接触して素子を冷
却する冷却面である。一般的に、冷却器は、ユニットシ
ャーシに直接固定される。このため、冷却面は、冷却器
を介してユニットシャーシに電位固定される。

【００２５】このため、例えば図５に示すような回路に
おいて、直流電圧、例えば正極とユニットシャーシ６０
との間が短絡した場合でも、回路は遮断されずに電圧が
掛かり続けるため、負極とユニットシャーシ６０との間
の電位差は、直流電圧に相当する電圧となる。

【００２６】そこで、このような事態を想定して、整流
器２１の選定においては、整流器２１に備えた、整流素
子２２の端子等の充電部と冷却面との耐電圧が回路の直
流電圧を満足しているものを使用する。

【００２７】このため、仮に素子間を直列接続したとし
ても、いずれの素子も冷却器が共通である場合には、素
子と冷却面との間の耐電圧値に見合った電圧でしか使用
することができない。

【００２８】一方、冷却器をユニットシャーシ６０から
絶縁して、素子個々に冷却を設けることにより、前述の
ような問題を解決することはできるが、絶縁のために構
造が複雑となり、また冷却効率が下がり、実用には向か
ない。

【００２９】また、上記整流素子以外に、整流回路には
スナバ抵抗やスナバコンデンサが取り付けられるが、例
えばスナバ抵抗の場合には、整流素子の両端に接続され
るが、抵抗器を物理的に固定するためのケースはユニッ
トシャーシ６０に取り付けられるため、モールドパッケ
ージ型の整流素子同様に、直流電圧に応じた耐電圧を必
要とし、外形が大きくなり、小型化、低廉化といった市
場ニーズを満足することができない。

【００３０】本発明の目的は、装置の小型化および低廉
化を図ることが可能な電力変換装置を提供することにあ
る。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に対応する発明では、複数個の整流素子
からなり交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、こ
の整流回路に並列接続された直流平滑回路と、この直流
平滑回路により平滑された直流電圧を交流電圧に変換す
るインバータ回路とを、金属からなるユニットシャーシ
に収納して構成される単位インバータセルを複数個備
え、各単位インバータセルのユニットシャーシを接地電
位から絶縁すると共に、各単位インバータセルのインバ
ータ回路の出力側を各相ごとに直列に接続した多重式の
電力変換装置において、各単位インバータセルの直流平
滑回路を、互いに直列接続された第１のインピーダンス
回路から構成し、第１のインピーダンス回路の接続点で
ある直流中点を、所定の電流値以上の電流が流れた時に
溶断するヒューズを介して、各単位インバータセルのユ
ニットシャーシに接続している。

【００３２】従って、請求項１に対応する発明の電力変
換装置においては、直流平滑回路の直流中点とユニット
シャーシとの間を、所定の電流値以上の電流が流れた時
に溶断するヒューズを介して接続することにより、ユニ
ットシャーシを直流中点に完全に電位固定して、電気部
品のユニットシャーシに対する耐電圧を直流電圧の半分
にすることができる。これにより、小型で安価な電気部
品を選択することが可能となり、製品価格を低減するこ
とができる。また、絶縁距離を短くして、装置を小型化
することができる。さらに、直流電圧のいずれかがユニ
ットシャーシと短絡した場合に、短絡電流を遮断して回
路を保護すると共に、ヒューズによる溶断検出により装
置を停止させることができる。

【００３３】また、請求項２に対応する発明では、上記
請求項１に対応する発明の電力変換装置において、ヒュ
ーズと並列に、第２のインピーダンス回路を接続してい
る。

【００３４】従って、請求項２に対応する発明の電力変
換装置においては、直流平滑回路の直流中点とユニット
シャーシとの間を接続するヒューズと並列に、第２のイ
ンピーダンス回路を接続することにより、直流電圧のい
ずれかがユニットシャーシと短絡してヒューズが切れた
時に、第２のインピーダンス回路を介してユニットシャ
ーシの電位を固定することができる。

【００３５】一方、請求項３に対応する発明では、上記
請求項１または請求項２に対応する発明の電力変換装置
において、周囲のいずれか１面に冷却面を有するモール
ドパッケージに整流素子を収納し、かつ冷却面と整流素
子との間の耐電圧値が直流電圧の１／２以上で直流電圧
以下であるモールドパッケージ型の整流器を、複数個直
列に接続して整流回路の１アームを構成している。

【００３６】従って、請求項３に対応する発明の電力変
換装置においては、周囲のいずれか１面に冷却面を有す
るモールドパッケージに整流素子を収納し、かつ冷却面
と整流素子との間の耐電圧値が直流電圧の１／２以上で
直流電圧以下であるモールドパッケージ型の整流器を、
複数個直列に接続して整流回路の１アームを構成するこ
とにより、部品を小型化して、装置外形と価格に寄与す
ることができると共に、組立性および保守性を向上させ
ることができる。

【００３７】また、請求項４に対応する発明では、上記
請求項３に対応する発明の電力変換装置において、整流
素子のそれぞれに、耐電圧値が直流電圧の１／２以上で
直流電圧以下であるスナバコンデンサおよびスナバ抵抗
からなるスナバ回路を設けると共に、スナバ回路と並列
に、耐電圧値が直流電圧の１／２以上で直流電圧以下で
あるバランス抵抗を備え、スナバ回路を構成するそれぞ
れのスナバ抵抗を、整流回路の直流出力端もしくは交流
入力端のいずれかに接続すると共に、スナバ回路を構成
するそれぞれのスナバコンデンサを、直列接続された整
流素子間の接続点に接続している。

【００３８】従って、請求項４に対応する発明の電力変
換装置においては、整流素子のそれぞれに、耐電圧値が
直流電圧の１／２以上で直流電圧以下であるスナバコン
デンサおよびスナバ抵抗からなるスナバ回路を設けると
共に、スナバ回路と並列に、耐電圧値が直流電圧の１／
２以上で直流電圧以下であるバランス抵抗を備え、スナ
バ回路を構成するそれぞれのスナバ抵抗を、整流回路の
直流出力端もしくは交流入力端のいずれかに接続すると
共に、スナバ回路を構成するそれぞれのスナバコンデン
サを、直列接続された整流素子間の接続点に接続するこ
とにより、個々の整流素子の電圧分担を平衡させて、素
子の電圧定格を低減することができる。また、スナバ抵
抗に掛かる電圧を整流素子１個分の電圧とすることがで
き、スナバ抵抗の電圧定格を低減して、装置の小型化と
低価格化に寄与することができる。

【００３９】また、請求項５に対応する発明では、上記
請求項３または請求項４に対応する発明の電力変換装置
において、整流回路を、互いに向かい合う２つの素子取
付面を有する冷却器に取り付け、冷却器の一方の素子取
付面に整流回路の正極側素子同士を取り付けると共に、
冷却器の他方の素子取付面に整流回路の負極側素子同士
を取り付け、かつ正極側および負極側の素子を各相ごと
にそれぞれ接続して整流回路を構成している。

【００４０】従って、請求項５に対応する発明の電力変
換装置においては、整流回路を、互いに向かい合う２つ
の素子取付面を有する冷却器に取り付け、冷却器の一方
の素子取付面に整流回路の正極側素子同士を取り付ける
と共に、冷却器の他方の素子取付面に整流回路の負極側
素子同士を取り付け、かつ正極側および負極側の素子を
各相ごとにそれぞれ接続して整流回路を構成することに
より、冷却器の冷却効率を向上させて、装置の小型化に
寄与することができる。

【００４１】さらに、請求項６に対応する発明では、上
記請求項４または請求項５に対応する発明の電力変換装
置において、整流器の正極、負極、交流の各相をＢＵＳ
バーで接続し、かつスナバ抵抗またはバランス抵抗のう
ちの少なくとも一方をＢＵＳバーに取り付けている。

【００４２】従って、請求項６に対応する発明の電力変
換装置においては、整流器の正極、負極、交流の各相を
ＢＵＳバーで接続し、かつスナバ抵抗またはバランス抵
抗のうちの少なくとも一方をＢＵＳバーに取り付けてる
ことにより、抵抗器の取り付けスペースを削減して、装
置の小型化に寄与することができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。

【００４４】図１は、本実施の形態による多重式の電力
変換装置（インバータ装置）における各単位インバータ
セルの詳細な構成例を示す回路図である。

【００４５】図２は、図１における整流回路２０のＵ相
分の１アームの詳細な構成例を示す部分回路図である。

【００４６】図３は、図１における整流回路２０部分の
実装状態を示す３面図である。

【００４７】なお、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は
正面図、図３（ｃ）は側面図をそれぞれ表わしている。

【００４８】図１において、各単位インバータセルは、
６個の整流器２１からなり、交流入力点１０の交流電圧
１０４を直流電圧１４４に変換する３相全波整流回路２
０と、この３相全波整流回路２０の直流電圧１４４に初
期充電回路５０を介して並列接続された直流平滑回路３
０と、高速スイッチング素子４１からなり、直流平滑回
路により平滑された直流電圧１４４を交流電圧１２に変
換して交流出力１４を出力するインバータ回路４０と
を、図示はしていないが、金属からなるユニットシャー
シ６０に収納して構成している。

【００４９】なお、各単位インバータセルのユニットシ
ャーシ６０は、接地電位から絶縁している。

【００５０】直流平滑回路３０は、直流電圧に応じた１
個以上の平滑コンデンサ３１２を直列に接続すると共
に、個々のコンデンサ３１２に分圧抵抗３１１を並列接
続して構成したインピーダンス回路（第１のインピーダ
ンス回路）３１を二個直列に接続している。

【００５１】また、直列に二個接続された各インピーダ
ンス回路３１の接続点である直流中点３９は、所定の電
流値以上の電流が流れた時に溶断するヒューズ３３１か
らなる電位固定回路３３を介して、単位インバータセル
のユニットシャーシ１に接続して、ユニットシャーシ１
を電位固定している。

【００５２】さらに、ヒューズ３３１に並列に、第２の
インピーダンス回路である電位固定用の抵抗３３２を接
続している。

【００５３】一方、整流器２１は、外周の１面に冷却面
を有するモールドパッケージに、２個の整流素子２２を
直列接続して収納したモールドパッケージ型の整流器と
してい。そして、この整流器２１を複数個（図では２
個）直列接続して、整流回路２０の１アームを構成して
いる。

【００５４】ここで、整流素子２２の１アームの構成
は、整流素子２２を１個収納した整流器２１を４個直列
に接続するようにしてもよい。

【００５５】また、上記モールドパッケージ型の整流器
２１には、図３に示すように、冷却面２４の対称面に整
流素子２２の端子を設けている。

【００５６】冷却面２４は、ユニットシャーシ６０に取
り付けられてユニットシャーシ６０に電位固定された冷
却器９に取り付けている。

【００５７】一方、図１に示すように、整流器２１の端
子には、個々の整流素子２２の電圧分担を平衡させて個
々の整流素子２２の電圧定格を直流電圧１４４の半分の
電圧とするためのバランス抵抗２７を接続すると共に、
スナバコンデンサ２５およびスナバ抵抗２６からなるス
ナバ回路を、バランス抵抗２７と並列に設けている。

【００５８】次に、上記スナバ回路とバランス抵抗２７
の構成例を、整流回路２０のＵ相の１アーム分を代表例
として、図２および図３を用いて説明する。

【００５９】Ｕ相１アームにおける正極側の整流器２１
１は、直列に接続された整流素子２２１，２２２を備え
る。

【００６０】正極ＢＵＳ１４１と接続される整流素子２
２１と並列に、スナバコンデンサ２５１およびスナバ抵
抗２６１からなるスナバ回路と、バランス抵抗２７１を
接続し、スナバ回路において、スナバ抵抗２６１の片端
を正極ＢＵＳ１４１と整流素子２２１との接続点に接続
している。

【００６１】また、交流入力のＵ相ＢＵＳ１０１に接続
される整流素子２２２と並列に、スナバコンデンサ２５
２およびスナバ抵抗２６２からなるスナバ回路と、バラ
ンス抵抗２７２を接続し、スナバ回路において、スナバ
抵抗２６２の片端をＵ相ＢＵＳ１０１と整流素子２２２
との接続点に接続している。

【００６２】さらに、スナバコンデンサ２５１，２５２
は、整流素子２２１，２２２の接続点に接続している。

【００６３】一方、負極側の整流器２１４においても、
整流器２１１に接続されたスナバ回路およびバランス抵
抗と同様に構成され、スナバ回路のスナバ抵抗２６３，
２６４は、それぞれＵ相ＢＵＳ１０１または負極ＢＵＳ
１４２に接続している。

【００６４】次に、整流回路２０の物理的な構成例を、
図３を用いて説明する。

【００６５】整流回路の６個の整流器２１のうち、正極
ＢＵＳ１４１と接続される３個は、図３（ｃ）に示すよ
うに、互いに向かい合う二面の素子取付面９１を有する
冷却器９の右側の素子取付面に取り付けられ、また左側
の素子取付面９１には、整流回路２０の負極ＢＵＳ１４
２に接続される３個を取り付けている。

【００６６】ただし、上記右側、左側の表現は代表例で
あり、冷却面の向きや正極・負極の各整流器群の取付方
向を制約するものではない。

【００６７】正極側整流器群と負極側整流器群は、冷却
器９においてほぼ面対称となるように配置している。

【００６８】冷却器９にて面対称に配置された整流器の
うち、整流素子２７２と２７３のＵ相端子は、冷却器を
橋状に迂回して設けられたＵ相ＢＵＳ１０１に接続して
いる。

【００６９】なお、Ｖ相ＢＵＳ１０２、Ｗ相ＢＵＳ１０
３についても、同様に取り付けしている。。

【００７０】また、ＢＵＳバーである正極ＢＵＳ１４１
に接続される初期充電サイリスタ５１１は、正極側整流
器群と同じ素子取付面に配置され、またＢＵＳバーであ
る負極ＢＵＳ１４２に接続される初期充電サイリスタ５
１２は、負極側整流器群と同じ素子取付面に配置してい
る。

【００７１】さらに、スナバ抵抗２６およびバランス抵
抗２７は、それぞれの片端が接続される導体に載せて配
置している。

【００７２】例えば、バランス抵抗２７４およびスナバ
抵抗２６４は、負極ＢＵＳ１４２に載せて固定され、ま
たバランス抵抗２７３およびスナバ抵抗２６３は、Ｕ相
ＢＵＳ１０１に載せて固定している。

【００７３】次に、以上のように構成した本実施の形態
の電力変換装置においては、直流平滑回路３０の直流中
点３９とユニットシャーシ６０との間を、所定の電流値
以上の電流が流れた時に溶断するヒューズ３３１を介し
て接続していることにより、定常状態では、ユニットシ
ャーシ６０は直流電圧１４４の中点電位に完全に電位固
定される。

【００７４】これにより、電気部品とユニットシャーシ
６０との間の耐電圧を直流電圧１４４の半分とすること
ができ、絶縁距離を短くしてユニットを小型化すること
ができる。

【００７５】また、万が一、直流電圧１４４のいずれか
がユニットシャーシ６０と短絡したような場合には、ヒ
ューズ３３１が溶断するため、短絡電流を遮断して回路
を保護することができる。

【００７６】さらに、ヒューズ３３１と並列に、電位固
定抵抗３３２を接続していることにより、直流電圧１４
４のいずれかがユニットシャーシ６０と短絡してヒュー
ズ３３１が切れた時に、電位固定抵抗３３２を介してユ
ニットシャーシ６０の電位を固定することができる。

【００７７】一方、周囲のいずれか１面に冷却面２４を
有するモールドパッケージに少なくとも１個の整流素子
２２を収納し、かつ冷却面２４と整流素子２２との間の
耐電圧値が直流電圧の１／２以上で直流電圧以下である
モールドパッケージ型の整流器２１を、複数個直列に接
続して整流回路２０の１アームを構成していることによ
り、電気的に絶縁された整流素子２２の端子と冷却面２
４との間の耐電圧は、直流電圧の半分以上であればよい
ため、小型で安価な素子を使用することができ、装置外
形と価格に寄与することができると共に、組立性および
保守性を向上させることができる。

【００７８】また、整流素子２２のそれぞれに、耐電圧
値が直流電圧の１／２以上で直流電圧以下であるスナバ
コンデンサ２５１，２５４およびスナバ抵抗２６１，２
６４からなるスナバ回路を設けると共に、スナバ回路と
並列に、耐電圧値が直流電圧の１／２以上で直流電圧以
下であるバランス抵抗２７１，２７４を備え、スナバ回
路を構成するそれぞれのスナバ抵抗２６１，２６４を、
整流回路２０の直流出力端もしくは交流入力端のいずれ
かに接続すると共に、スナバ回路を構成するそれぞれの
スナバコンデンサ２５１，２５４を、直列接続された整
流素子２２間の接続点に接続していることにより、個々
の整流素子２２の電圧分担を平衡させて、素子の電圧定
格を低減することができる。

【００７９】これにより、スナバ抵抗２６１，２６４に
掛かる電圧を整流素子１個分の電圧とすることができ、
スナバ抵抗２６１，２６４の電圧定格および最高使用電
圧を低減することができ、ユニットを小型化することが
できる。

【００８０】さらに、整流回路２０を、互いに向かい合
う２つの素子取付面９１を有する冷却器９に取り付け、
冷却器９の一方の素子取付面９１に整流回路２０の正極
側素子同士を取り付けると共に、冷却器９の他方の素子
取付面９１に整流回路２０の負極側素子同士を取り付
け、かつ正極側および負極側の素子を各相ごとにそれぞ
れ接続して整流回路２０を構成していることにより、冷
却器９のフィンの両側にほぼ均等に熱源を配置すること
となり、冷却器９の冷却効率を向上させて、冷却器９を
小型化することができる。

【００８１】また、整流器２１の正極、負極、交流の各
相を正極ＢＵＳ１４１、負極ＢＵＳ１４２で接続し、か
つスナバ抵抗２６１，２６４またはバランス抵抗２７
１，２７４のうちの少なくとも一方を正極ＢＵＳ１４
１、負極ＢＵＳ１４２に取り付けしていることにより、
スナバ抵抗２６１，２６４およびバランス抵抗２７１，
２７４のケースは、それぞれ取り付けられた正極ＢＵＳ
１４１、負極ＢＵＳ１４２に電位固定される。

【００８２】前述したように、スナバ抵抗２６１，２６
４およびバランス抵抗２７１，２７４は、対応する整流
素子２２の端子間電圧のみしか掛からないため、スナバ
抵抗２６１，２６４およびバランス抵抗２７１，２７４
の各端子とケースとの間の耐電圧は、整流素子２２の端
子間電圧とすることができ、抵抗外形を小さくすること
ができると共に、抵抗器の取り付けスペースを削減して
収納効率を向上させて、ユニットの小型化に寄与するこ
とができる。

【００８３】上述したように、本実施の形態による電力
変換装置では、主回路とユニットシャーシ６０間の絶縁
設計を直流電圧の半分にして、装置に使用する電気部品
の耐電圧値と定格電圧値を下げることができ、また冷却
効率を向上させると共に部品の収納効率を向上させて、
装置の小型化および低廉化を図ることが可能となり、極
めて有用である。

【００８４】また、主回路とユニットシャーシ６０との
間に短絡故障が発生した場合にも、短絡電流を遮断して
故障の拡大を防止することが可能となる。

【００８５】さらに、主回路とユニットシャーシ６０と
の間に短絡故障が発生した場合に、保護動作を行ない、
短絡故障状態（主回路とユニットシャーシ間に直流電圧
が印加された状態）で運転が継続されるのを防止するこ
とが可能となる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電力変換
装置によれば、主回路とユニットシャーシ間の絶縁設計
を直流電圧の半分にして、装置に使用する電気部品の耐
電圧値と定格電圧値を下げることができ、また冷却効率
を向上させると共に部品の収納効率を向上させて、装置
の小型化および低廉化を図ることが可能となり、極めて
有用である。

【００８７】また、主回路とユニットシャーシ間に短絡
故障が発生した場合にも、短絡電流を遮断して故障の拡
大を防止することが可能となる。

【００８８】さらに、主回路とユニットシャーシ間に短
絡故障が発生した場合に、保護動作を行ない、短絡故障
状態（主回路と構造物間に直流電圧が印加された状態）
で運転が継続されるのを防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多重式の電力変換装置（インバー
タ装置）における各単位インバータセルの一実施の形態
を示す回路図。

【図２】同一実施の形態の単位インバータセルにおける
整流回路のＵ相分の１アームの詳細な構成例を示す部分
回路図。

【図３】同一実施の形態の単位インバータセルにおける
整流回路部分の実装状態を示す３面図。図３ａは平面
図、図３ｂは正面図、図３ｃは側面図。

【図４】多重式の電力変換装置（インバータ装置）の構
成例を示す回路図。

【図５】従来の単位インバータセルの詳細な構成例を示
す回路図。

【符号の説明】

０…単位インバータセル １０…交流入力点 １０１…交流入力Ｕ相ＢＵＳ １０２…交流入力Ｖ相ＢＵＳ １０３…交流入力Ｗ相ＢＵＳ １０４…交流電圧 １２…単相交流電圧 １４…交流出力 １４１…直流正極ＢＵＳ １４２…直流負極ＢＵＳ １４４…直流電圧 ２０…整流回路 ２１…整流器 ２１１…整流器（正極側） ２１４…整流器（負極側） ２２…整流素子 ２２１…整流素子（正極） ２２２…整流素子（Ｕ相の正極側） ２２３…整流素子（Ｕ相の負極側） ２２４…整流素子（負極） ２３…モールドパッケージ ２４…冷却面 ２５…スナバコンデンサ ２５１…スナバコンデンサ（正極） ２５２…スナバコンデンサ（Ｕ相の正極側） ２５３…スナバコンデンサ（Ｕ相の負極側） ２５４…スナバコンデンサ（負極） ２６…スナバ抵抗 ２６１…スナバ抵抗（正極） ２６２…スナバ抵抗（Ｕ相の正極側） ２６３…スナバ抵抗（Ｕ相の負極側） ２６４…スナバ抵抗（負極） ２７…バランス抵抗 ２７１…バランス抵抗（正極） ２７２…バランス抵抗（Ｕ相の正極側） ２７３…バランス抵抗（Ｕ相の負極側） ２７４…バランス抵抗（負極） ２９…整流回路のＵ相の１アーム ３０…直流平滑回路 ３１…インピーダンス回路 ３１１…分圧抵抗 ３１２…平滑コンデンサ ３３…電位固定回路 ３３１…ヒューズ ３３２…電位固定抵抗 ３９…直流中点 ４０…インバータ回路 ４１…高速スイッチング素子 ５０…初期充電回路 ５１…初期充電サイリスタ ５１１…正極側初期充電サイリスタ ５１２…負極側初期充電サイリスタ ５２…初期充電抵抗 ５２１…正極側初期充電抵抗 ５２２…負極側初期充電抵抗 ６０…ユニットシャーシ ９…冷却器 ９１ 素子取付面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の整流素子からなり交流電圧を直
   流電圧に変換する整流回路と、この整流回路に並列接続
   された直流平滑回路と、この直流平滑回路により平滑さ
   れた直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と
   を、金属からなるユニットシャーシに収納して構成され
   る単位インバータセルを複数個備え、 前記各単位インバータセルのユニットシャーシを接地電
   位から絶縁すると共に、前記各単位インバータセルのイ
   ンバータ回路の出力側を各相ごとに直列に接続した多重
   式の電力変換装置において、 前記各単位インバータセルの直流平滑回路を、互いに直
   列接続された第１のインピーダンス回路から構成し、前
   記第１のインピーダンス回路の接続点である直流中点
   を、所定の電流値以上 の電流が流れた時に溶断するヒューズを介して、前記各
   単位インバータセルのユニットシャーシに接続したこと
   を特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の電力変換装置にお
   いて、 前記ヒューズと並列に、第２のインピーダンス回路を接
   続したことを特徴とする電力変換装置。
3. 【請求項３】 前記請求項１または請求項２に記載の電
   力変換装置において、 周囲のいずれか１面に冷却面を有するモールドパッケー
   ジに前記整流素子を収納し、かつ前記冷却面と前記整流
   素子との間の耐電圧値が前記直流電圧の１／２以上で前
   記直流電圧以下であるモールドパッケージ型の整流器
   を、複数個直列に接続して前記整流回路の１アームを構
   成したことを特徴とする電力変換装置。
4. 【請求項４】 前記請求項３に記載の電力変換装置にお
   いて、 前記整流素子のそれぞれに、耐電圧値が前記直流電圧の
   １／２以上で前記直流電圧以下であるスナバコンデンサ
   およびスナバ抵抗からなるスナバ回路を設けると共に、
   前記スナバ回路と並列に、耐電圧値が前記直流電圧の１
   ／２以上で前記直流電圧以下であるバランス抵抗を備
   え、 前記スナバ回路を構成するそれぞれのスナバ抵抗を、前
   記整流回路の直流出力端もしくは交流入力端のいずれか
   に接続すると共に、前記スナバ回路を構成するそれぞれ
   のスナバコンデンサを、直列接続された前記整流素子間
   の接続点に接続したことを特徴とするユニット。
5. 【請求項５】 前記請求項３または請求項４に記載の電
   力変換装置において、 前記整流回路を、互いに向かい合う２つの素子取付面を
   有する冷却器に取り付け、 前記冷却器の一方の素子取付面に前記整流回路の正極側
   素子同士を取り付けると共に、前記冷却器の他方の素子
   取付面に前記整流回路の負極側素子同士を取り付け、か
   つ前記正極側および負極側の素子を各相ごとにそれぞれ
   接続して整流回路を構成したことを特徴とする電力変換
   装置。
6. 【請求項６】 前記請求項４または請求項５に記載の電
   力変換装置において、 前記整流器の正極、負極、交流の各相をＢＵＳバーで接
   続し、かつ前記スナバ抵抗またはバランス抵抗のうちの
   少なくとも一方を前記ＢＵＳバーに取り付けたことを特
   徴とする電力変換装置。