JP2003088142A - 周波数変換装置 - Google Patents

周波数変換装置

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JP2003088142A JP2001273068A JP2001273068A JP2003088142A JP 2003088142 A JP2003088142 A JP 2003088142A JP 2001273068 A JP2001273068 A JP 2001273068A JP 2001273068 A JP2001273068 A JP 2001273068A JP 2003088142 A JP2003088142 A JP 2003088142A
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parallel
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Kimiharu Arimatsu
公治 有松
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステージの並列数が増大した際の高さ寸法の
抑制、ならびに電流の不平衡率の改善を図った周波数変
換装置を提供する。 【解決手段】 筐体1内において、U相、V相を上段
に、X相、Y相を下段に設け、それぞれ並列に設けるス
テージ2を横方向に並べて配置し、直流入力導体7や、
交流入力導体6等で接続する。たとえば、U相において
は、電気的に並列に接続される複数のステージ2、すな
わちステージU1、U2、U3を横方向に並べて配置し
ている。これにより、ステージ2の並列数が増大した際
の高さ寸法を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高周波誘導
溶解炉用周波数変換装置等の周波数変換装置に関し、特
に、その装置における半導体素子の収納されたステージ
の配置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の高周波誘導溶解炉用周波数変換装
置等の周波数変換装置は、例えば図6に示すように構成
されている。
【0003】ところで、近年、高周波誘導溶解炉用周波
数変換装置等の周波数変換装置は、大容量化に伴い素子
の並列枚数が増大しているが、並列枚数を増大させるた
めには、電流を流れるルートの相互等による並列素子間
の電流不平衡が問題となってきている。
【0004】以下に単相ブリッジインバータで素子構成
5S−3P−4Aの装置を例に説明を行う。単相ブリッ
ジの入力(DC側)を左右となる様にし、縦方向に3並
列分を積み上げる。更に対向相を前述の3並列分に更に
積み上げ3並列分を設け導体等で接続する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の様に縦方向に並
列となるべく半導体素子の収納されたステージを設ける
と、高さ方向にて設置、輸送等の制限がある実態を考え
ると複数の並列数を構成しようとした場合数が制限され
やすい。また、入、出力の端子を構造的に短くなる距離
で接続した場合、並列になる素子からみた導体の長さが
極端に不等長となり、その結果、導体の抵抗分の不平衡
を主たる要因とした電流の不平衡が生じ、装置の並列枚
数の増加による装置のコストアップ、外形の大型化を引
き起こす恐れがあった。
【0006】そこで本発明は、前述の問題点であるステ
ージの並列数が増大した際の高さ寸法の抑制、ならびに
電流の不平衡率の改善を図った周波数変換装置を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、素子とその補助回路を収納したス
テージを複数有する周波数変換装置において、電気的に
並列に接続されるステージを、装置の横方向に並べて配
置したことを特徴とする。
【0008】このような構成の本発明によれば、ステー
ジの並列数が増大した際の高さ寸法を抑制することがで
きる。
【0009】また、本発明は、素子とその補助回路を収
納したステージを複数有する周波数変換装置において、
並列に接続されるステージの数が偶数の場合には、各々
2ケ毎に接続し、2ケの接続部の中点に電気的な接続箇
所を設け、また並列に接続されるステージの数が奇数の
場合には、入力と出力の電気的な接続箇所を、それぞれ
並列に接続されるステージの1個目と2個目の中間の接
続部に設け、又は、並列に接続されるステージの最後の
1個と最後より2個目の中間の接続部に設けたことを特
徴とする。
【0010】このような構成の本発明によれば、電流の
不平衡率の改善を図ることができる。
【0011】また、本発明は、素子とその補助回路を収
納したステージを複数有する周波数変換装置において、
対となるアームを水平方向の仮想的な中心軸に対して対
称になる様に配置したことを特徴とする。
【0012】このような構成の本発明によれば、電流の
不平衡率の改善を図ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下の図面におい
て、同一符号は同一部分または対応部分を示している。
【0014】(第1の実施形態)まず、本発明の第1の
実施形態に係る周波数変換装置について説明する。この
第1の実施形態は、半導体素子と、その補助回路等を収
納したステージと称するユニットを複数有する周波数変
換装置(例えば高周波誘導溶解炉用周波数変換装置)に
おいて、電気的に並列に接続される複数のステージを、
装置の横方向(即ち幅方向)に並べて配置したものであ
る。
【0015】図1は、第1の実施形態の構成を示すもの
で、同図(a)はその全体構成を示し、同図(b)はス
テージの内部回路を示す。同図(b)に示すように、ス
テージ2には、半導体素子3と、その補助回路としての
スナバCR4、及びパルストランス5が収納されてい
る。
【0016】この実施形態の回路は、4S−3Pの単相
インバータを例にしている。図1(a)に示すように、
筐体1内において、U相、V相を上段に、X相、Y相を
下段に設け、それぞれ並列に設けるステージ2を横方向
に並べて配置し、直流入力導体7や、交流入力導体6等
で接続する。たとえば、U相においては、電気的に並列
に接続される複数のステージ2、すなわちステージU
1、U2、U3を横方向に並べて配置している。V相、
X相、Y相についても同様である。なお、8はわたりブ
スである。
【0017】このように、電気的に並列に接続される複
数のステージ2を横方向に並べて配置することにより、
ステージ2の並列数が増大した際の高さ寸法を抑制する
ことができる。
【0018】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態に係る周波数変換装置(例えば高周波誘導溶解
炉用周波数変換装置)について説明する。
【0019】この第2の実施形態は、電気的に並列に接
続される複数のステージを横方向に並べて配置するとと
もに、並列に接続されるステージ数が偶数の場合におい
て、隣接するステージを2ケづつ接続し、2ケ以上の場
合、隣接する1対のステージを接続している導体の中点
同士を接続し、更にその接続部の中点同士を接続すると
いうことを1対となるまで繰り返すように構成したもの
である。
【0020】図2は、第2の実施形態の構成を示してい
る。図1と同じステージを用い、素子構成を4S−4P
とした場合の例を示す。
【0021】図2に示すように、まず隣接する2ケのス
テージ間を2P間わたりブス8aにて接続する。更に、
その2P間わたりブス8aの中点同志を2P−2P間わ
たりブス8bにて接続し、2P−2P間わたりブス8b
の中点をわたりブス8c、あるいはわたりブス8dによ
り、交流出力導体6、あるいは直流入力導体7に接続す
る。
【0022】たとえば、U相においては、電気的に並列
に接続される4つのステージ2、すなわちステージU
1、U2、U3、U4を横方向に並べて配置している。
そして、隣接する2ケのステージU1、U2の間を2P
間わたりブス8aにて接続し、隣接する2ケのステージ
U3、U4間を2P間わたりブス8aにて接続する。そ
して、ステージU1、U2の間を接続した2P間わたり
ブス8aの中点と、ステージU3、U4の間を接続した
2P間わたりブス8aの中点とを2P−2P間わたりブ
ス8bにて接続する。そして、2P−2P間わたりブス
8bの中点をわたりブス8c、あるいはわたりブス8d
により、交流出力導体6、あるいは直流入力導体7に接
続する。V相、X相、Y相についても同様である。
【0023】このように構成したことにより、ステージ
2の並列数が増大した際の高さ寸法を抑制することがで
きるとともに、電流の不平衡率の改善を図ることができ
る。
【0024】(第3〜第5の実施形態)次に、本発明の
第3〜第5の実施形態に係る周波数変換装置(例えば高
周波誘導溶解炉用周波数変換装置)について説明する。
【0025】第3の実施形態は、電気的に並列に接続さ
れる複数のステージを横方向に並べて配置するととも
に、並列に接続されるステージ数が奇数の場合におい
て、入力端子と出力端子の接続箇所を、それぞれ並列接
続されるステージの先頭または末端ではなく、先頭のス
テージと2番目のステージの中間、または末端のステー
ジと末端より数えて1ケ前のステージの中間の位置とな
るように構成したものである。
【0026】また、第4の実施形態は、第3の実施形態
において、入力端子と出力端子の接続箇所を、それぞれ
先頭側(即ち先頭のステージと2番目のステージの中
間)、末端側(即ち末端のステージと末端より数えて1
ケ前のステージの中間)というように異なる位置とし、
とりわけ、直流入力端子を先頭側に、交流出力端子を末
端側に接続したものである。
【0027】さらに、第5の実施形態は、第3の実施形
態において、入力端子と出力端子の接続箇所を、それぞ
れ先頭側(即ち先頭のステージと2番目のステージの中
間)、末端側(即ち末端のステージと末端より数えて1
ケ前のステージの中間)というように異なる位置とし、
そして、直流入力端子と交流出力端子の接続箇所を第4
の実施形態とは逆にして、交流出力端子を先頭側に、直
流入力端子を末端側に接続したものである。
【0028】図3は、第3〜第5の実施形態の構成を説
明するための図である。図1と同じステージを用い、素
子構成を4S−3Pとした場合の例を示す。
【0029】第3の実施形態について、図3により説明
すると、ステージ2間を交流入力導体6、又は直流出力
導体7にて全て接続した後に、直流側は、例えば、ステ
ージU1、U2の間に設けた直流側接続位置10と、ス
テージV1、V2の間に設けた直流側接続位置10とを
接続し、そこから直流入力導体7aにて直流入力端子に
接続する構成とする。交流側も直流側と同様な構成とす
る。
【0030】ここで、図3に示すように、交流側を、直
流側と対の位置となる交流側接続位置9、即ちステージ
U2、U3の間に設けた交流側接続位置9と、ステージ
V2、V3の間に設けた交流側接続位置9に接続するこ
ととしたものが第4の実施形態である。
【0031】第5の実施形態は前述の交流側接続位置9
と直流側接続位置10を逆にするものである。即ち交流
側接続位置9をステージU1、U2の間及びステージV
1、V2の間に設け、直流側接続位置10をステージU
2、U3の間及びステージV2、V3の間に設けること
とするものである。
【0032】このように構成したことにより、ステージ
2の並列数が増大した際の高さ寸法を抑制することがで
きるとともに、電流の不平衡率の改善を図ることができ
る。
【0033】(第6の実施形態)次に、本発明の第6の
実施形態に係る周波数変換装置(例えば高周波誘導溶解
炉用周波数変換装置)について説明する。
【0034】この第6の実施形態は、対となるアームを
水平方向の仮想的な中心軸に対して上下対称になる様に
配置し、接続したものである。
【0035】図4は、第6の実施形態の構成を示してい
る。ここでは、4S−3Pの構成を例とし説明する。
【0036】4段積みの構成とし、上よりU相、Y相、
V相、X相の順にステージ2を配置する。ここで相順
は、反転、ないしは、入れ替えを行なってもかまわな
い。
【0037】上記の如く配置した後、横方向にステージ
U1、U2、U3の如く必要並列数の分だけ配置を行
い、図4の如く接続する。図4に示すように、対となる
アームは水平方向の仮想的な中心軸に対して上下対称に
なる様に配置されている。
【0038】このように構成したことにより、電流の不
平衡率の改善を図ることができる。
【0039】(第7の実施形態)次に、本発明の第7の
実施形態に係る周波数変換装置(例えば高周波誘導溶解
炉用周波数変換装置)について説明する。
【0040】この第7の実施形態は、第6の実施形態に
おいて、アーム内で更にステージの並列接続を構成し、
横方向のステージの並列接続に加え、縦方向にも並列接
続を構成したものである。
【0041】図5は、第7の実施形態の構成を示してい
る。この実施形態は、図4に示す実施形態において、各
相のステージの下に更にステージを設け、4S−6P構
成とした場合の例を示す。U相を例に取ると、第6の実
施形態でのステージ2の下部、又は上部にもう1つステ
ージ2aを設け中点で接続する。これを第6の実施形態
と同様に横方向に3並列分設ける。これにより2×3=
6並列が構成できる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外形寸法と電流バランスの両立を図った周波数変換装置
の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の構成を示す回路図。
【図2】本発明の第2の実施形態の構成を示す回路図。
【図3】本発明の第3〜第5の実施形態を説明するため
の回路図。
【図4】本発明の第6の実施形態の構成を示す回路図。
【図5】本発明の第7の実施形態の構成を示す回路図。
【図6】従来例の構成を示す回路図。
【符号の説明】
1…筐体 2、2a…ステージ 3…素子 4…スナバCR 5…パルストランス 6、6a…交流出力導体 7、7a…直流入力導体 8、8c、8d…わたりブス 8a…2P間わたりブス 8b…2P−2P間わたりブス 9…交流側接続位置 10…直流側接続位置

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】素子とその補助回路を収納したステージを
    複数有する周波数変換装置において、電気的に並列に接
    続されるステージを、装置の横方向に並べて配置したこ
    とを特徴とする周波数変換装置。
  2. 【請求項2】素子とその補助回路を収納したステージを
    複数有する周波数変換装置において、並列に接続される
    ステージの数が偶数の場合に、各々2ケ毎に接続し、2
    ケの接続部の中点に電気的な接続箇所を設けたことを特
    徴とする周波数変換装置。
  3. 【請求項3】素子とその補助回路を収納したステージを
    複数有する周波数変換装置において、並列に接続される
    ステージの数が奇数の場合に、入力と出力の電気的な接
    続箇所を、それぞれ並列に接続されるステージの1個目
    と2個目の中間の接続部に設け、又は、並列に接続され
    るステージの最後の1個と最後より2個目の中間の接続
    部に設けたことを特徴とする周波数変換装置。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の周波数変換装置におい
    て、直流入力の電気的な接続箇所を、並列に接続される
    ステージの1個目と2個目の中間の接続部に設け、交流
    出力の電気的な接続箇所を、並列に接続されるステージ
    の最後の1個と最後より2個目の中間の接続部に設けた
    ことを特徴とする周波数変換装置。
  5. 【請求項5】請求項3に記載の周波数変換装置におい
    て、直流入力の電気的な接続箇所を、並列に接続される
    ステージの最後の1個と最後より2個目の中間の接続部
    に設け、交流出力の電気的な接続箇所を、並列に接続さ
    れるステージの1個目と2個目の中間の接続部に設けた
    ことを特徴とする周波数変換装置。
  6. 【請求項6】素子とその補助回路を収納したステージを
    複数有する周波数変換装置において、対となるアームを
    水平方向の仮想的な中心軸に対して対称になる様に配置
    したことを特徴とする周波数変換装置。
  7. 【請求項7】請求項6に記載の周波数変換装置におい
    て、アーム内で更にステージの並列接続を構成し、横方
    向のステージの並列接続に加え、縦方向にも並列接続を
    構成したことを特徴とする周波数変換装置。
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