JP2007043795A - Matrix converter apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a matrix converter apparatus for preventing semiconductor switching elements for constituting a bidirectional switch from overvoltage breakdown during a dielectric strength test. <P>SOLUTION: A matrix converter apparatus comprises the bidirectional switch provided with phase input terminals connected to an AC power supply 1, phase output terminals for outputting an arbitrary DC/AC voltage, IGBT transistors 102, 103 connected reversely in series, and diodes 104, 105 connected reversely to the IGBT transistors in parallel; and a group 5 of the bidirectional switches for connecting the phase input terminals and the phase output terminal, PWM-controls the group of the bidirectional switches, converts the voltage of the AC power supply into the arbitrary DC/AC voltage, and outputs it from the phase output terminals. Resistors R1, R2 are provided between a series connection of the IGBT transistors constituting the bidirectional switch and the phase input terminals or the phase output terminals. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は多相交流電源を入力として任意の多相交流または直流の電圧出力を行うマトリクスコンバータ装置において、前記装置の必須構成要素となる双方向スイッチを構成しているIGBTトランジスタ(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)等の半導体スイッチング素子が、マトリクスコンバータ装置の組み立て品質検査のため行われる絶縁耐圧試験に際して、過電圧破壊するのを防止する機能を備えたマトリクスコンバータ装置に関するものである。   The present invention relates to an IGBT transistor (insulated gate bipolar) that constitutes a bidirectional switch that is an essential component of the device in a matrix converter device that outputs an arbitrary polyphase AC or DC voltage with a multiphase AC power supply as an input. The present invention relates to a matrix converter device having a function of preventing an overvoltage breakdown of a semiconductor switching element such as a transistor during a dielectric strength test performed for an assembly quality inspection of the matrix converter device.

一般的なマトリクスコンバータ装置は交流電源の各相入力端子と任意の直交流電圧を出力する各相出力端子との間を繋ぐ各双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備えた構成となっており、これを具体的に示したのが図1である。図1において、双方スイッチS1ないしS9をCPU(図示していない)等の制御装置を介してオン・オフPWM制御することで、交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換出力する。   A general matrix converter device includes a bidirectional switch group composed of bidirectional switches that connect each phase input terminal of an AC power supply and each phase output terminal that outputs an arbitrary cross-flow voltage. This is specifically shown in FIG. In FIG. 1, on / off PWM control is performed on both switches S1 to S9 via a control device such as a CPU (not shown) to convert and output an AC power supply voltage to an arbitrary cross-flow voltage.

双方向スイッチはIGBTトランジスタ等の半導体スイッチング素子を基本にして構成されるが、双方向スイッチの各種接続構成例を具体的に示したのが図17ないし図19である。図17では、IGBTトランジスタ102および103が逆方向に直列接続され、この各IGBTに対してダイオード104および105が逆並列に接続されて双方向スイッチ100が構成される。IGBTトランジスタ102のエミッタ端子は相入力端子Rに接続され、IGBTトランジスタ103のエミッタ端子側は相出力端子Uに接続される。共通接続されたIGBTトランジスタの各コレクタ端子は、各相入出力端子とは接続されてない。
図17の双方向スイッチ100に対しIGBTトランジスタ102および103のコレクタ端子相互間の接続を切り離したものが、図18に示す双方向スイッチ110である。双方向スイッチ110においても、IGBTトランジスタの各コレクタ端子は各相入出力端子とは接続されてない。
図19は、ブリッジ構成のダイオード122ないし125とIGBTトランジスタ121とを逆並列に接続して双方向スイッチ120を構成したものである。この場合にも、IGBTトランジスタのコレクタ端子およびエミッタ端子は、各相入出力端子とは接続されてない。
The bidirectional switch is configured on the basis of a semiconductor switching element such as an IGBT transistor. FIG. 17 to FIG. 19 specifically show various connection configuration examples of the bidirectional switch. In FIG. 17, IGBT transistors 102 and 103 are connected in series in the reverse direction, and diodes 104 and 105 are connected in antiparallel to each IGBT to constitute a bidirectional switch 100. The emitter terminal of the IGBT transistor 102 is connected to the phase input terminal R, and the emitter terminal side of the IGBT transistor 103 is connected to the phase output terminal U. Each collector terminal of the commonly connected IGBT transistors is not connected to each phase input / output terminal.
A bidirectional switch 110 shown in FIG. 18 is obtained by disconnecting the connection between the collector terminals of the IGBT transistors 102 and 103 with respect to the bidirectional switch 100 of FIG. Also in the bidirectional switch 110, each collector terminal of the IGBT transistor is not connected to each phase input / output terminal.
FIG. 19 shows a bidirectional switch 120 in which bridge-structured diodes 122 to 125 and an IGBT transistor 121 are connected in antiparallel. Also in this case, the collector terminal and emitter terminal of the IGBT transistor are not connected to each phase input / output terminal.

ところで、マトリクスコンバータ装置で用いる双方向スイッチはIGBTトランジスタ等の高速半導体スイッチング素子で構成されるため、IGBTトランジスタの瞬時オフ動作によって導通電流が瞬時遮断され、IGBTトランジスタの出力端子間にはサージ電圧が発生する。大電流の遮断を行う大容量機種では、サージ電圧を吸収抑制するためのスナバ回路を適切な回路位置に接続配置するのが一般的である(例えば、特許文献1参照。)。好適な位置にスナバ回路を接続するため、前記双方向スイッチ100をモジュール構成とした上で、IGBTトランジスタのコレクタ端子共通接続部をモジュールの外部端子とするものもある(例えば、特許文献2参照。)。   By the way, since the bidirectional switch used in the matrix converter device is composed of a high-speed semiconductor switching element such as an IGBT transistor, the conduction current is instantaneously cut off by the instantaneous OFF operation of the IGBT transistor, and a surge voltage is generated between the output terminals of the IGBT transistor. appear. In a large-capacity model that cuts off a large current, a snubber circuit for absorbing and suppressing surge voltage is generally connected and arranged at an appropriate circuit position (see, for example, Patent Document 1). In order to connect a snubber circuit at a suitable position, the bidirectional switch 100 has a module configuration, and the collector terminal common connection portion of the IGBT transistor is used as an external terminal of the module (see, for example, Patent Document 2). ).

特開平11−262264号公報(第9図)JP-A-11-262264 (FIG. 9) 特開2003−333826号公報(第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 2003-333826 (FIG. 1)

マトリクスコンバータ装置はAC200VまたはAC400Vの商用交流電源を入力とし、その出力も入力と同様の高電圧出力となるため、組み立て品の製造品質試験の際、あるいはマトリクスコンバータ装置を機器に据付けた際には、絶縁耐圧試験が実施される。
絶縁耐圧試験では、交流電源入力を遮断した上でマトリクスコンバータ装置の全ての相入力端子および相出力端子を一括コモンにして共通接続し、この共通接続点およびマトリクスコンバータ装置の接地端子との間に60Hz、AC3000V等の交流電圧を印加し、その際に発生する漏れ電流量の大小に応じて絶縁耐圧試験の合否判定を行う手法が採られている。
The matrix converter device takes AC200V or AC400V commercial AC power as input, and its output is also high voltage output similar to the input. Therefore, when manufacturing quality tests of assembled products or when the matrix converter device is installed in equipment A dielectric strength test is performed.
In the dielectric strength test, the AC power supply input is shut off, all the phase input terminals and phase output terminals of the matrix converter device are connected together in common and connected between this common connection point and the ground terminal of the matrix converter device. A method is adopted in which an AC voltage of 60 Hz, AC 3000 V, or the like is applied, and whether the dielectric strength test is accepted or not is determined according to the amount of leakage current generated at that time.

ところが、双方向スイッチを構成するIGBTトランジスタ等の半導体スイッチング素子には相入出力端子に接続されないIGBTトランジスタ出力端子が存在することから、前記絶縁耐圧試験での高圧交流電圧印加に際し、IGBTトランジスタと双方向スイッチ各部との間に存在する浮遊容量の影響で、前記IGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間に高電圧が発生し、IGBTトランジスタが過電圧破壊するという、通常のインバータ装置では起こり得ない、マトリクスコンバータ装置に特有の課題の存在することが判明した。   However, since there are IGBT transistor output terminals that are not connected to phase input / output terminals in semiconductor switching elements such as IGBT transistors that constitute a bidirectional switch, both the IGBT transistor and the IGBT transistor are applied when applying a high-voltage AC voltage in the dielectric strength test. Matrix converter, which cannot occur in a normal inverter device in which a high voltage is generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor due to the influence of stray capacitance existing between each direction switch and the IGBT transistor is overvoltage destroyed. It has been found that there are problems specific to the device.

この過電圧破損に至る原因を、図17の双方向スイッチ100を例に説明する。図2は図17の双方向スイッチ100を断面構造的に示したものである。IGBTトランジスタ102および103の各コレクタ・エミッタ端子間には浮遊容量Cpsが各々存在し、IGBTトランジスタ102および103のコレクタ端子共通部と各IGBTトランジスタが搭載された銅ベース(ケースの放熱面)51との間には浮遊容量Cmが存在する。面積、距離、構造等の関係から、Cpsに比してCmを大幅に小さくすることはできない。また、銅ベース51は、そのままマトリクスコンバータ装置の放熱用フィンに接触実装されるが、銅ベース、放熱用フィンともに金属であり、放熱用フィンはマトリクスコンバータ装置の接地端子に電気的に接触接続されるので、前記浮遊容量CmはIGBTトランジスタのコレクタ端子と接地端子との間の浮遊容量とほぼ等しくなる。   The cause of this overvoltage damage will be described by taking the bidirectional switch 100 of FIG. 17 as an example. FIG. 2 shows the bidirectional switch 100 of FIG. 17 in a cross-sectional structure. A stray capacitance Cps exists between the collector and emitter terminals of the IGBT transistors 102 and 103, respectively, and a collector base common part of the IGBT transistors 102 and 103 and a copper base (case heat dissipation surface) 51 on which the IGBT transistors are mounted, There is a stray capacitance Cm. Cm cannot be made significantly smaller than Cps because of the relationship between area, distance, structure, and the like. The copper base 51 is directly mounted on the heat dissipation fin of the matrix converter device, but both the copper base and the heat dissipation fin are made of metal, and the heat dissipation fin is electrically connected to the ground terminal of the matrix converter device. Therefore, the stray capacitance Cm is substantially equal to the stray capacitance between the collector terminal and the ground terminal of the IGBT transistor.

この浮遊容量をも含めて、双方向スイッチ100を電気回路図として示したものが、図3である。絶縁耐圧試験に際しては、相入力端子Rおよび相出力端子Uを一括コモンにして共通接続し、この共通接続点および接地端子との間にAC3000Vの電圧印加を行うことになる。そこで絶縁耐圧試験時の回路図を示したものが、図4である。AC3000Vの電圧印加に際しては、ダイオード104および105があるためにIGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間で高電圧が発生するのは、接地端子側が高電位になる時に限られるが、説明の簡略化のために、以下の計算式ではダイオードの存在を考慮していない。そうすると、IGBTトランジスタ102および103の各コレクタ・エミッタ端子間には、√2・3000・Cm/(Cm+2・Cps)の最大電圧が発生することになる。CmがCpsに比べ大幅に小さくはならないので、IGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間には当該端子間の最大許容電圧を容易に越えてしまう。AC400V入力用のマトリクスコンバータ装置では、IGBTトランジスタの最大許容電圧は1200Vdcとなり、AC200V用ならば600Vdcとなるのが一般的である。従って、Cm>2.605・Cpsならば、前記絶縁耐圧試験においてIGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間の最大許容電圧1200Vを越える電圧が発生し、当該IGBTトランジスタは過電圧破壊する。このように絶縁耐圧試験において、極めて容易にIGBTトランジスタ等の半導体スイッチング素子が破損し、マトリクスコンバータ装置が破損するという事態が発生することになる。   FIG. 3 shows the bidirectional switch 100 including the stray capacitance as an electric circuit diagram. In the dielectric strength test, the phase input terminal R and the phase output terminal U are connected in common and connected in common, and a voltage of 3000 V AC is applied between the common connection point and the ground terminal. Therefore, FIG. 4 shows a circuit diagram in the dielectric strength test. When the voltage of AC 3000 V is applied, the diodes 104 and 105 are present, so that a high voltage is generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor only when the ground terminal side is at a high potential. In addition, the following calculation formula does not consider the presence of a diode. As a result, a maximum voltage of √2 · 3000 · Cm / (Cm + 2 · Cps) is generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistors 102 and 103. Since Cm does not become much smaller than Cps, the maximum allowable voltage between the terminals is easily exceeded between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor. In a matrix converter device for AC400V input, the maximum allowable voltage of the IGBT transistor is generally 1200Vdc, and for AC200V, it is generally 600Vdc. Therefore, if Cm> 2.605 · Cps, a voltage exceeding the maximum allowable voltage of 1200 V between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor is generated in the dielectric strength test, and the IGBT transistor is overvoltage destroyed. As described above, in the withstand voltage test, a semiconductor switching element such as an IGBT transistor is very easily damaged, and the matrix converter device is damaged.

また、マトリクスコンバータ装置の動作中に双方向スイッチを構成するIGBTトランジスタ102,103がともにオフしている場合には、各コレクタ端子は電気的に浮いた状態となり、装置内部または外部からの侵入ノイズに対し、誤動作し易い不安定な状態にもなっている。   Further, when the IGBT transistors 102 and 103 constituting the bidirectional switch are both turned off during the operation of the matrix converter device, the collector terminals are in an electrically floating state, and intrusion noise from inside or outside the device. On the other hand, it is also in an unstable state that is likely to malfunction.

そこで本発明は双方向スイッチを備えたマトリクスコンバータ装置に潜在する特有の課題を抽出し、この課題を解決して、絶縁耐圧試験に際してもマトリクスコンバータ装置が破損することのない、更には、通常動作中において前記半導体スイッチング素子が電気的に浮いた不安定な状態となり誤動作するのを防止できるマトリクスコンバータ装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention extracts a unique problem that is latent in the matrix converter device provided with the bidirectional switch, solves this problem, and prevents the matrix converter device from being damaged during the withstand voltage test. An object of the present invention is to provide a matrix converter device in which the semiconductor switching element can be prevented from malfunctioning due to an electrically floating unstable state.

上記課題を解決するため請求項1記載の発明は、交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、逆方向に直列接続された半導体スイッチング素子と前記各半導体スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、前記双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子の直列接続部と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器を備えたことを特徴としている。
前記双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子の直列接続部と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器を備えることで、半導体スイッチング素子の出力端子間のインピーダンス値を低減でき、マトリクスコンバータ装置の絶縁耐圧試験に際して半導体スイッチング素子の出力端子間に発生する電圧を低減できるので、半導体スイッチング素子を過電圧破壊から防止できる。
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention provides a semiconductor switching element in which each phase input terminal connected to an AC power supply, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, and a series connection in a reverse direction are provided. A bidirectional switch group including a bidirectional switch including a diode connected in reverse parallel to each semiconductor switching element, and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal. In the matrix converter device that PWM-controls the bidirectional switch group to convert the AC power supply voltage into an arbitrary orthogonal current voltage and outputs the voltage from each phase output terminal, the series of semiconductor switching elements constituting the bidirectional switch A resistor connected between the connection portion and the phase input terminal or the phase output terminal is provided.
By providing a resistor connected between the series connection part of the semiconductor switching elements constituting the bidirectional switch and the phase input terminal or the phase output terminal, the impedance value between the output terminals of the semiconductor switching element can be reduced. Since the voltage generated between the output terminals of the semiconductor switching element during the dielectric strength test of the matrix converter device can be reduced, the semiconductor switching element can be prevented from being destroyed by overvoltage.

請求項2記載の発明は、交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、順方向に直列接続された半導体スイッチング素子とダイオードとの接続体が2個逆並列に接続された双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、前記双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子とダイオードとの直列接続部と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器を備えたことを特徴としている。
請求項1記載の発明に対して双方スイッチの構成が異なるものであるが、抵抗器を接続することで半導体スイッチング素子の出力端子間のインピーダンス値を低減でき、マトリクスコンバータ装置の絶縁耐圧試験に際して半導体スイッチング素子の出力端子間に発生する電圧を低減でき、半導体スイッチング素子が過電圧破壊するのを防止できる。
The invention according to claim 2 is a connected body of each phase input terminal connected to an AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, and a semiconductor switching element and a diode connected in series in the forward direction. A bidirectional switch group composed of two bidirectional switches connected in reverse parallel and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal, the bidirectional switch group In a matrix converter device that performs PWM control to convert the AC power supply voltage into an arbitrary cross-flow voltage and output from each phase output terminal, a series connection portion of a semiconductor switching element and a diode constituting the bidirectional switch; A resistor connected between the phase input terminal or the phase output terminal is provided.
Although both switches have different configurations from the invention of claim 1, the impedance value between the output terminals of the semiconductor switching element can be reduced by connecting a resistor. The voltage generated between the output terminals of the switching element can be reduced, and the overvoltage breakdown of the semiconductor switching element can be prevented.

また請求項3記載の発明は、交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、順方向に直列接続されたダイオードの接続体が2個並列接続された並列接続体と前記並列接続体に逆並列接続された半導体スイッチング素子を備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、前記双方向スイッチを構成する並列接続体の一方の並列接続点と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器、および前記並列接続体のもう一方の並列接続点と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器を備えたことを特徴としている。
前記抵抗器を備えることで、半導体スイッチング素子の出力端子間のインピーダンス値を低減でき、マトリクスコンバータ装置の絶縁耐圧試験に際して半導体スイッチング素子の出力端子間に発生する電圧を低減でき、半導体スイッチング素子が過電圧破壊するのを防止できる。
In the invention according to claim 3, each phase input terminal connected to the AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, and two diodes connected in series in the forward direction are connected in parallel. A bidirectional switch comprising a connected parallel connection body and a semiconductor switching element connected in reverse parallel to the parallel connection body, and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal. In a matrix converter device that PWM-controls the bidirectional switch group to convert the AC power supply voltage into an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal. A resistor connected between one parallel connection point of the parallel connection body and the phase input terminal or phase output terminal, and another parallel connection point and the phase input terminal of the parallel connection body Or it is characterized by comprising a resistor connected between the phase output terminal.
By providing the resistor, the impedance value between the output terminals of the semiconductor switching element can be reduced, and the voltage generated between the output terminals of the semiconductor switching element during the dielectric strength test of the matrix converter device can be reduced. Can be destroyed.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明に対して抵抗器の接続位置を変更したものであるが、半導体スイッチング素子の出力端子間のインピーダンス値を低減でき、マトリクスコンバータ装置の絶縁耐圧試験に際して半導体スイッチング素子の出力端子間に発生する電圧を低減でき、半導体スイッチング素子が過電圧破壊するのを防止できる。   The invention according to claim 4 is the one in which the connection position of the resistor is changed with respect to the invention according to claim 3, but the impedance value between the output terminals of the semiconductor switching element can be reduced, and the withstand voltage of the matrix converter device can be reduced. The voltage generated between the output terminals of the semiconductor switching element during the test can be reduced, and the semiconductor switching element can be prevented from being overvoltage destroyed.

請求項5記載の発明は、交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、エミッタ端子どおしを共通接続されたIGBTトランジスタの直列接続体と前記各IGBTトランジスタに逆並列接続されたダイオードを備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、前記双方向スイッチを構成するIGBTトランジスタのオンオフ駆動用信号入力端子と前記相入力端子または相出力端子との間に接続されたインピーダンス低減手段を備えたことを特徴としている。   The invention according to claim 5 is a serially connected body of IGBT transistors in which each phase input terminal connected to an AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, and emitter terminals are commonly connected. A bidirectional switch group including a bidirectional switch including a diode connected in reverse parallel to each IGBT transistor, and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal, In a matrix converter device that PWM-controls the bidirectional switch group to convert the AC power supply voltage into an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal, for on-off drive of the IGBT transistor that constitutes the bidirectional switch An impedance reduction means connected between the signal input terminal and the phase input terminal or the phase output terminal is provided.

エミッタ端子どおしを共通接続したIGBTトランジスタの直列接続体としたことで、オンオフ駆動用信号入力端子が前記直列接続部分を代用する外部端子となり、この代用外部端子に前記インピーダンス低減手段を接続することで、前記直列接続部分に接続したのと同様の効果を奏することができる。
双方向スイッチをモジュール構成にした場合、IGBTトランジスタの直列接続部分は外部にでないのが通常のため、前記直列接続部分にインピーダンス低減手段を接続するためには、特別仕様によって直列接続部分を外部端子化する必要があるが、請求項5記載の発明ならば、IGBTトランジスタの直列接続部分がオンオフ駆動用信号入力端子で代用外部端子化されるので、特別仕様を用いることなくインピーダンス低減手段を当該部に接続することが可能となる。インピーダンス低減手段はオンオフ駆動用信号入力端子に接続されており、小電流が流れる信号入力端子に接続され、大電流の導通経路とは異なる部位に接続されるものなので、大電流スイッチングによるサージ電圧を吸収するスナバ回路とは異なったものとなる。また、インピーダンス低減手段は抵抗器に限定されるものではなく、コンデンサによるもの、コンデンサと抵抗器とを組み合わせるもの等、インピーダンスを低減するものであればよい。
Since the IGBT transistors are connected in series with the emitter terminals connected in common, the on / off drive signal input terminal becomes an external terminal that substitutes for the series connection portion, and the impedance reducing means is connected to the substitute external terminal. Thus, the same effect as that connected to the serial connection portion can be obtained.
When the bidirectional switch is configured in a module configuration, the serial connection portion of the IGBT transistor is usually not external, so in order to connect the impedance reduction means to the serial connection portion, the serial connection portion is connected to the external terminal according to a special specification. In the invention according to claim 5, since the serial connection portion of the IGBT transistor is replaced with an on / off drive signal input terminal as an external terminal, the impedance reduction means can be used without using a special specification. It becomes possible to connect to. The impedance reduction means is connected to the signal input terminal for on / off drive, is connected to the signal input terminal through which a small current flows, and is connected to a part different from the large current conduction path. It is different from the absorbing snubber circuit. The impedance reducing means is not limited to a resistor, and any means that reduces impedance, such as a capacitor or a combination of a capacitor and a resistor, may be used.

請求項6記載の発明は、請求項5記載の発明に対して双方向スイッチの接続構成を変更したものであるが、IGBTトランジスタとダイオードとの直列接続部がIGBTトランジスタのオンオフ駆動用信号入力端子で代用外部端子化されており、この代用外部端子化で生ずる効果は請求項5記載の発明と同様である。   The invention according to claim 6 is the one in which the connection configuration of the bidirectional switch is changed with respect to the invention according to claim 5, but the series connection portion of the IGBT transistor and the diode is an on / off drive signal input terminal of the IGBT transistor. In this case, the effect produced by the substitution external terminal is the same as that of the fifth aspect of the invention.

請求項7記載の発明は、請求項1ないし請求項4記載のマトリクスコンバータ装置において、前記双方向スイッチ群を内蔵するモジュール構造体を備え、前記モジュール構造体は前記抵抗器を内蔵することを特徴とするものである。
前記抵抗器は、マトリクスコンバータ装置の絶縁耐圧試験に際して半導体スイッチング素子の出力端子間で発生する電圧を当該部間の最大許容電圧以下に抑制することが目的であり、実際の各部浮遊容量値との関係から、数百kオームの高抵抗値であれば十分な電圧抑制効果を発揮することが確認されている。このように、抵抗器として数百kオームの高抵抗値を使用できるので、抵抗器内部の発熱量を抑制して小形で小容量の抵抗器を使用でき、モジュール構造体に内蔵することが可能となる。モジュール構造体に抵抗器を内蔵するので、IGBTトランジスタ等の直列接続部分をモジュールの外部端子とする必要もなくなる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the matrix converter device according to any one of the first to fourth aspects, a module structure including the bidirectional switch group is provided, and the module structure includes the resistor. It is what.
The purpose of the resistor is to suppress the voltage generated between the output terminals of the semiconductor switching element during the dielectric strength test of the matrix converter device to be less than the maximum allowable voltage between the parts. From the relationship, it has been confirmed that a high resistance value of several hundred k ohms exhibits a sufficient voltage suppression effect. In this way, a high resistance value of several hundred k ohms can be used as a resistor, so that a small and small-capacity resistor can be used while suppressing the amount of heat generated inside the resistor, and can be built in a module structure. It becomes. Since the resistor is built in the module structure, it is not necessary to use a serial connection portion such as an IGBT transistor as an external terminal of the module.

請求項8記載の発明は、交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、接地端子と、逆方向に直列接続された半導体スイッチング素子と前記各半導体スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、前記接地端子と前記各相入力端子および各相出力端子との間の絶縁耐圧試験に際して、前記双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子の直列接続部と前記相入力端子または相出力端子との間のインピーダンスが低減するように切換接続できる手段を備えたことを特徴としている。
マトリクスコンバータ装置の絶縁耐圧試験に際して、インピーダンスが低減するように切換接続し、半導体スイッチング素子の出力端子間に高電圧が発生するのを防止するものである。なお、通常動作中はインピーダンスを低減させる手段は機能していない。このように絶縁耐圧試験に際してインピーダンスが低減するように切換接続するものであるから、インピーダンスを低減させる手段の全てをマトリクスコンバータ装置に内蔵しておく必要はなく、従って、インピーダンスを低減させる手段全体として小形・低コストである必要がなくなる。
The invention according to claim 8 is that each phase input terminal connected to an AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, a ground terminal, a semiconductor switching element connected in series in the reverse direction, A bidirectional switch group including a bidirectional switch including a diode connected in reverse parallel to each semiconductor switching element, and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal, In the matrix converter device that PWM-controls the bidirectional switch group to convert the AC power supply voltage into an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal, the ground terminal, each phase input terminal, and each phase output terminal In the insulation withstand voltage test, the impedance between the serial connection portion of the semiconductor switching elements constituting the bidirectional switch and the phase input terminal or phase output terminal is determined. Dance is characterized by including a means for switching connection to reduce.
In the dielectric breakdown voltage test of the matrix converter device, the switching connection is made so as to reduce the impedance, thereby preventing a high voltage from being generated between the output terminals of the semiconductor switching element. Note that means for reducing the impedance does not function during normal operation. As described above, since the switching connection is performed so that the impedance is reduced in the dielectric strength test, it is not necessary to incorporate all of the means for reducing the impedance in the matrix converter device. Therefore, as a whole means for reducing the impedance. There is no need for small size and low cost.

請求項9記載の発明は、請求項8記載の発明に対して双方向スイッチの構成を変えたものであり、作用効果については請求項8記載の発明と同様である。
The invention described in claim 9 is obtained by changing the configuration of the bidirectional switch with respect to the invention described in claim 8, and the operational effect is the same as that of the invention described in claim 8.

本発明によれば、マトリクスコンバータ装置に関し、組み立て品の製造品質試験の際、あるいはマトリクスコンバータ装置を機器に据付けた際に行われる絶縁耐圧試験において、マトリクスコンバータ装置内の双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子の端子間に最大許容電圧を越える過電圧が印加され、当該半導体スイッチング素子が過電圧破壊するのを、いいかえればマトリクスコンバータ装置が破壊するのを防止できるという効果がある。   The present invention relates to a matrix converter device, and a semiconductor constituting a bidirectional switch in the matrix converter device in an insulation withstand voltage test performed when manufacturing quality tests of assembled products or when the matrix converter device is installed in equipment. An overvoltage exceeding the maximum allowable voltage is applied between the terminals of the switching element, so that the semiconductor switching element can be prevented from being destroyed, in other words, the matrix converter device can be prevented from being destroyed.

また、マトリクスコンバータ装置の動作中に双方向スイッチを構成する直列接続された両半導体スイッチング素子がともにオフしている場合には、半導体スイッチング素子の出力端子が電気的に浮いた状態となり、装置内部または外部からの侵入ノイズに対して極めて誤動作し易い不安定な状態になり得るのに対し、このような場合でも当該部を電気的に固定して電気的に浮いた不安定な状態となることを防止し、誤動作を防止できるという効果もある。
また双方向スイッチ群をモジュール構造とした場合にも、特別仕様的なモジュール構造を用いることなく、極めて容易に本発明を実施することも可能になる。
In addition, when both of the series-connected semiconductor switching elements constituting the bidirectional switch are turned off during the operation of the matrix converter device, the output terminal of the semiconductor switching device is in an electrically floating state, and the inside of the device Or, it can be in an unstable state that is very likely to malfunction due to intrusion noise from the outside, but even in such a case, it becomes an unstable state in which the part is electrically fixed and electrically floating This also has the effect of preventing the malfunction.
Further, even when the bidirectional switch group has a module structure, the present invention can be implemented very easily without using a special module structure.

以下、本発明の各実施形態について図を用いて説明する。
図1には本発明の前提となる一般的なマトリクスコンバータ装置の構成を示している。3相交流電源1、前記交流電源に接続された各相入力端子R、S、T、電動機9、前記電動機に任意の直交流電圧を出力する各相出力端子U、V、W、各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ双方向スイッチS1ないしS9、双方向スイッチS1ないしS9で構成される双方向スイッチ群5を備えたマトリクスコンバータ装置を示したものである。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a general matrix converter device which is a premise of the present invention. Three-phase AC power source 1, each phase input terminal R, S, T connected to the AC power source, motor 9, each phase output terminal U, V, W, each phase input that outputs an arbitrary cross-flow voltage to the motor 1 shows a matrix converter device including a bidirectional switch group 5 composed of bidirectional switches S1 to S9 and bidirectional switches S1 to S9 that connect terminals and respective phase output terminals.

図5は本発明の第1の実施例を示したものである。図1のマトリクスコンバータ装置を前提に、双方向スイッチS1ないしS9において本発明を実施したものである。双方向スイッチS1を代表例で説明(以下の各実施例においても同様)するが、双方向スイッチS2ないしS9もS1同様の構成となっている。図5に示す双方向スイッチS1は、図17の双方向スイッチ100に対して抵抗器R1およびR2(抵抗値はともにR0とする)を付加した点が異なる。従って共通箇所の器具符号は同じとしている。IGBTトランジスタ102および103の両コレクタ端子と接地端子間の浮遊容量をCm、各コレクタ・エミッタ端子間の浮遊容量をCpsとし、絶縁耐圧試験に際しては相入力端子Rおよび相出力端子Uとが共通接続されるので、抵抗器を含むこれらの電気回路図は図6の構成となる。本発明の作用効果に関する説明を容易にするため、以下の電圧計算式では、図6におけるダイオード104および105の存在は考慮しないこととする。すなわち絶縁耐圧試験に際しては、ダイオード104および105があるため、IGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間に高電圧の発生するのは接地端子106側が正電位となる場合に限られるが、便宜上、ダイオードをないものとして、接地端子側が負電位の場合にもIGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間に高電圧が発生すると考える。このようにすると交流電圧式を用いた簡略的な説明ができるので、抵抗器R1、R2を当該部に接続した意味およびその効果の理解も容易になる。   FIG. 5 shows a first embodiment of the present invention. The present invention is implemented in the bidirectional switches S1 to S9 on the premise of the matrix converter device of FIG. The bidirectional switch S1 will be described as a representative example (the same applies to the following embodiments), but the bidirectional switches S2 to S9 have the same configuration as S1. The bidirectional switch S1 shown in FIG. 5 is different from the bidirectional switch 100 of FIG. 17 in that resistors R1 and R2 (both resistance values are R0) are added. Therefore, the common instrument code is the same. The stray capacitance between the collector terminals of the IGBT transistors 102 and 103 and the ground terminal is Cm, the stray capacitance between the collector and emitter terminals is Cps, and the phase input terminal R and the phase output terminal U are commonly connected in the dielectric strength test. Therefore, these electric circuit diagrams including the resistors have the configuration shown in FIG. In order to facilitate the description of the operational effects of the present invention, the following voltage calculation formula does not consider the presence of the diodes 104 and 105 in FIG. That is, in the withstand voltage test, since there are the diodes 104 and 105, the generation of a high voltage between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor is limited only when the ground terminal 106 is at a positive potential. It is assumed that a high voltage is generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor even when the ground terminal side has a negative potential. In this way, since a simple explanation using an AC voltage type can be made, it is easy to understand the meaning and effect of connecting the resistors R1 and R2 to the part.

端子Rおよび端子Uと接地端子106との間にAC3000V、60Hzの電圧印加を行うと、IGBTトランジスタ102および103の各コレクタ・エミッタ端子間に発生する最大電圧Vceは、Vce=|√2・3000・Z0/(Z0+1/(j・120・π・Cm))|=√2・3000/√((1+2・Cps/Cm)+1/(60・π・Cm・R0))となる。(但し、Z0=((R0/2)・1/(j・240・π・Cps))/(R0/2+1/(j・240・π・Cps))とする。)
従って、抵抗器がない場合(R0=∞)の√2・3000/(1+2・Cps/Cm)に比べて、前記端子間に発生する電圧を低減できる。
When a voltage of 3000 V AC and 60 Hz is applied between the terminal R and the terminal U and the ground terminal 106, the maximum voltage Vce generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistors 102 and 103 is Vce = | √2 · 3000 Z0 / (Z0 + 1 / (j · 120 · π · Cm)) | = √2 · 3000 / √ ((1 + 2 · Cps / Cm) 2 + 1 / (60 · π · Cm · R0) 2 ) (However, Z0 = ((R0 / 2) · 1 / (j · 240 · π · Cps)) / (R0 / 2 + 1 / (j · 240 · π · Cps)))
Therefore, compared with √2 · 3000 / (1 + 2 · Cps / Cm) when there is no resistor (R0 = ∞), the voltage generated between the terminals can be reduced.

なお、図6からも明らかであるが、抵抗器がR1のみの場合、あるいはR2のみの場合も図6と同様な回路構成となるので(但し、抵抗値はR0/2⇒R0となる)、この場合にもコレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧を低減できることになる。この場合には、コレクタ・エミッタ端子間で発生する電圧が√2・3000/√((1+2・Cps/Cm)+1/(120・π・Cm・R0))となるので、抵抗器がない場合に比べて、該端子間に発生する電圧は低減される。
なお本実施例では、IGBTトランジスタ102および103のコレクタ端子共通接続部が抵抗器を介して相入力端子Rおよび相出力端子Uに接続されているが、その接続先は前記以外の相入力端子S,T、または相出力端子V,Wのいずれであっても差し支えはない。絶縁耐圧試験に際しては入出力端子が全相一括コモンに共通接続されるからであり、抵抗器が高抵抗値なので、通常運転中において他相から高抵抗値の抵抗器を介して受ける干渉は無視できる程に小さいものだからである。このことは以下の各実施例においても同様である。
As is apparent from FIG. 6, the circuit configuration is the same as that in FIG. 6 when the resistor is only R1 or only R2 (however, the resistance value is R0 / 2 => R0). In this case as well, the voltage generated between the collector and emitter terminals can be reduced. In this case, the voltage generated between the collector and the emitter terminal is √2 · 3000 / √ ((1 + 2 · Cps / Cm) 2 + 1 / (120 · π · Cm · R0) 2 ). The voltage generated between the terminals is reduced as compared with the case where there is no.
In this embodiment, the collector terminal common connection portion of the IGBT transistors 102 and 103 is connected to the phase input terminal R and the phase output terminal U through resistors, but the connection destination is the phase input terminal S other than the above. , T, or phase output terminals V, W can be used. This is because the I / O terminals are commonly connected to the common for all phases during the dielectric strength test, and the resistors are high in resistance, so the interference received from other phases via resistors with high resistance during normal operation is ignored. Because it is as small as possible. The same applies to the following embodiments.

図7は本発明の第2の実施例を示したものである。図1のマトリクスコンバータ装置を前提に、双方向スイッチS1ないしS9において本発明を実施したものである。図7に示す双方向スイッチS1は、図18の双方向スイッチ110に対して抵抗器R3およびR4(抵抗値はともにR0とする)を付加した点が異なる。従って共通箇所の器具符号は同じとしている。IGBTトランジスタ112および113のコレクタ端子と接地端子間の各浮遊容量をCm、コレクタ・エミッタ端子間の各浮遊容量をCpsとし、絶縁耐圧試験に際しては相入力端子Rおよび相出力端子Uとが共通接続されるので、抵抗器を含むこれらの電気回路図は、図8に示す構成となる。端子Rおよび端子Uと接地端子との間にAC3000V60Hzの電圧印加を行うと、前記同様の簡略化した計算式によれば、IGBTトランジスタ112および113の各コレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧は、√2・3000/√((1+Cps/Cm)+1/(120・π・Cm・R0))となり、抵抗器がない場合の√2・3000/(1+Cps/Cm)に比べて、該端子間に発生する電圧を低減できる。
なお図8からも明らかであるが、抵抗器R3に代えてダイオード114に並列に抵抗器R5を接続した場合、あるいは抵抗器R4に代えてダイオード115に並列に抵抗器R6を接続した場合、更には抵抗R3ないしR6の全てを接続した場合のいずれにおいても、コレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧を低減できることになる。
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. The present invention is implemented in the bidirectional switches S1 to S9 on the premise of the matrix converter device of FIG. The bidirectional switch S1 shown in FIG. 7 is different from the bidirectional switch 110 in FIG. 18 in that resistors R3 and R4 (both resistance values are R0) are added. Therefore, the common instrument code is the same. The stray capacitance between the collector terminal and the ground terminal of the IGBT transistors 112 and 113 is Cm, the stray capacitance between the collector and emitter terminals is Cps, and the phase input terminal R and the phase output terminal U are commonly connected in the dielectric strength test. Therefore, these electric circuit diagrams including the resistors have the configuration shown in FIG. When a voltage of AC 3000 V 60 Hz is applied between the terminal R and the terminal U and the ground terminal, according to the same simplified calculation formula as described above, the voltage generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistors 112 and 113 is: √2 · 3000 / √ ((1 + Cps / Cm) 2 + 1 / (120 · π · Cm · R0) 2 ), compared to √2 · 3000 / (1 + Cps / Cm) without a resistor The voltage generated between them can be reduced.
As is apparent from FIG. 8, when the resistor R5 is connected in parallel to the diode 114 instead of the resistor R3, or when the resistor R6 is connected in parallel to the diode 115 instead of the resistor R4, In any case where all of the resistors R3 to R6 are connected, the voltage generated between the collector and emitter terminals can be reduced.

図9は本発明の第3の実施例を示したものである。図9に示す双方向スイッチS1は、図19の双方向スイッチ120に対して抵抗器R7およびR8(抵抗値はともにR0とする)を付加した点が異なる。従って共通箇所の器具符号は同じとしている。IGBTトランジスタ121のコレクタ端子と接地端子間の浮遊容量をCm、エミッタ端子と接地端子間の浮遊容量をCn、コレクタ・エミッタ端子間の浮遊容量をCpsとし、絶縁耐圧試験に際しては相入力端子Rおよび相出力端子Uとが共通接続されるので、抵抗器を含むこれらの電気回路図は図10に示す構成となる。
端子Rおよび端子Uと接地端子との間にAC3000V60Hzの電圧印加を行い、接地端子側に対して端子Rおよび端子U側が正電位となる場合には、図10の回路図は図11(a)のように簡略化できる。この場合にIGBTトランジスタ121のコレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧は、前記同様の簡略化計算によれば、√2・3000/√((1+Cps/Cn)+1/(120・π・Cn・R0))となり、抵抗器がない場合の√2・3000/(1+Cps/Cn)に比べて、前記端子間に発生する電圧を低減できる。また、接地端子側に対して端子Rおよび端子U側が負電位となる場合には、図11(b)のように簡略化でき、この場合にIGBTトランジスタ121のコレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧は、√2・3000/√((1+Cps/Cm)+1/(120・π・Cm・R0))となり、抵抗器がない場合の√2・3000/(1+Cps/Cm)に比べて、前記端子間に発生する電圧を低減できる。
FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention. The bidirectional switch S1 shown in FIG. 9 is different in that resistors R7 and R8 (both resistance values are R0) are added to the bidirectional switch 120 of FIG. Therefore, the common instrument code is the same. The stray capacitance between the collector terminal and the ground terminal of the IGBT transistor 121 is Cm, the stray capacitance between the emitter terminal and the ground terminal is Cn, and the stray capacitance between the collector and the emitter terminal is Cps. Since the phase output terminal U is commonly connected, these electric circuit diagrams including the resistors have the configuration shown in FIG.
When a voltage of AC 3000 V 60 Hz is applied between the terminal R and the terminal U and the ground terminal, and the terminal R and the terminal U side have a positive potential with respect to the ground terminal side, the circuit diagram of FIG. It can be simplified as follows. In this case, the voltage generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor 121 is √2 · 3000 / √ ((1 + Cps / Cn) 2 + 1 / (120 · π · Cn · R0) 2 ), and the voltage generated between the terminals can be reduced as compared with √2 · 3000 / (1 + Cps / Cn) when there is no resistor. Further, when the terminal R and the terminal U side have a negative potential with respect to the ground terminal side, it can be simplified as shown in FIG. 11B. In this case, the voltage generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor 121 Is √2 · 3000 / √ ((1 + Cps / Cm) 2 + 1 / (120 · π · Cm · R0) 2 ), compared to √2 · 3000 / (1 + Cps / Cm) without a resistor, The voltage generated between the terminals can be reduced.

図12は本発明の第4の実施例を示したものである。図12に示す双方向スイッチS1は、図19の双方向スイッチ120に対して抵抗器R9(抵抗値はR0とする)を付加した点が異なる。従って共通箇所の器具符号は同じとしている。IGBTトランジスタ121のコレクタ端子と接地端子間の浮遊容量をCm、エミッタ端子と接地端子間の浮遊容量をCn、コレクタ・エミッタ端子間の浮遊容量をCpsとし、絶縁耐圧試験に際しては相入力端子Rおよび相出力端子Uとが共通接続されるので、抵抗器を含むこれらの電気回路図は図13に示す構成となる。
端子Rおよび端子Uと接地端子との間にAC3000V60Hzの電圧印加を行い、接地端子側に対して端子Rおよび端子U側が正電位となる場合には前記図11(a)の回路図と等価(但し、器具符号R8はR9になる)となる。また、接地端子側に対して端子Rおよび端子U側が負電位となる場合には、前記図11(b)の回路図と等価(但し、器具符号R7はR9になる)になる。従って前記第3の実施例と同様に、IGBTトランジスタ121のコレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧を低減できる。
FIG. 12 shows a fourth embodiment of the present invention. The bidirectional switch S1 shown in FIG. 12 is different from the bidirectional switch 120 of FIG. 19 in that a resistor R9 (resistance value is R0) is added. Therefore, the common instrument code is the same. The stray capacitance between the collector terminal and the ground terminal of the IGBT transistor 121 is Cm, the stray capacitance between the emitter terminal and the ground terminal is Cn, and the stray capacitance between the collector-emitter terminal is Cps. Since the phase output terminal U is commonly connected, these electric circuit diagrams including the resistors are configured as shown in FIG.
When a voltage of AC 3000 V 60 Hz is applied between the terminal R and the terminal U and the ground terminal, and the terminal R and the terminal U side have a positive potential with respect to the ground terminal side, it is equivalent to the circuit diagram of FIG. However, the instrument code R8 becomes R9). Further, when the terminal R and the terminal U side have a negative potential with respect to the ground terminal side, it is equivalent to the circuit diagram of FIG. 11B (however, the instrument code R7 becomes R9). Accordingly, as in the third embodiment, the voltage generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor 121 can be reduced.

図14は本発明の第5の実施例として、モジュール化された双方向スイッチS1を示したものである。双方向スイッチS1はIGBTトランジスタ131および132のエミッタ端子を共通接続点とする直列接続により構成される。大電流の流れるこの共通接続点はモジュール外部には出ないが、IGBTトランジスタのオンオフ駆動用信号入力端子がこの共通接続点の代用として外部端子化されている。ここで例えばオンオフ駆動用信号入力端子のうちエミッタ側の信号入力端子と相入力端子R、または相出力端子Sとの間に抵抗器またはコンデンサ等で構成される所定のインピーダンス値を有する回路を接続すれば、絶縁耐圧試験に際してIGBT131および132のコレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧を低減できる。またIGBTトランジスタのゲート・エミッタ間に前記所定のインピーダンス値よりも小さなインピーダンス値を有する抵抗器等の素子を接続すれば、ゲート側の信号入力端子と相入力端子R、または相出力端子Sとの間に所定のインピーダンス値を有する回路を接続した場合にも、IGBT131および132のコレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧を低減できる。   FIG. 14 shows a modularized bidirectional switch S1 as a fifth embodiment of the present invention. The bidirectional switch S1 is configured by a series connection having the emitter terminals of the IGBT transistors 131 and 132 as a common connection point. This common connection point through which a large current flows does not come out of the module, but the on / off drive signal input terminal of the IGBT transistor is used as an external terminal instead of this common connection point. Here, for example, a circuit having a predetermined impedance value composed of a resistor or a capacitor is connected between the signal input terminal on the emitter side and the phase input terminal R or the phase output terminal S among the signal input terminals for on / off driving. By doing so, it is possible to reduce the voltage generated between the collector and emitter terminals of the IGBTs 131 and 132 during the dielectric strength test. Further, if an element such as a resistor having an impedance value smaller than the predetermined impedance value is connected between the gate and the emitter of the IGBT transistor, the signal input terminal on the gate side and the phase input terminal R or the phase output terminal S are connected to each other. Even when a circuit having a predetermined impedance value is connected between them, the voltage generated between the collector and emitter terminals of the IGBTs 131 and 132 can be reduced.

前記実施例1ないし4において、絶縁耐圧試験に際し、IGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間に発生する電圧を低減するための抵抗器は、数百kΩ程度の抵抗値でも十分に機能する。抵抗値が大きくなれば、抵抗器内部で消費される熱エネルギーは少なくて済むので、抵抗器サイズを十分に小さくすることが可能となる。そこで双方向スイッチS1、双方向スイッチS1ないしS3、または双方向スイッチS1ないしS9を一つのモジュールで構成した場合において、前記抵抗器を当該モジュールに内蔵させることが可能となる。内蔵の方法には、モジュール内部の基板に抵抗器が実装される場合だけでなく、例えば、モジュール上蓋としての機能も備えた基板に抵抗器を実装する等の場合も考えられる。   In the first to fourth embodiments, the resistor for reducing the voltage generated between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor during the dielectric strength test sufficiently functions even with a resistance value of about several hundred kΩ. If the resistance value is increased, less heat energy is consumed inside the resistor, so that the resistor size can be sufficiently reduced. Therefore, when the bidirectional switch S1, the bidirectional switches S1 to S3, or the bidirectional switches S1 to S9 are configured as one module, the resistor can be incorporated in the module. As a built-in method, not only a case where a resistor is mounted on a substrate inside a module but also a case where a resistor is mounted on a substrate that also has a function as a module upper lid is conceivable.

図15はモジュール化された双方向スイッチS1を示したものであり、双方向スイッチS1はIGBTトランジスタ141および142のコレクタ端子を共通接続点とする直列接続により構成され、前記直列接続点を大電流用外部端子としている。この外部端子は主回路基板上に半田接続されており、双方向スイッチS2ないしS9でも同様に、前記直列接続点は主回路基板上に半田接続されている。各双方向スイッチの共通接続点の外部端子は、主回路基板の導体パターン線等を介して図16に示すマトリクスコンバータ装置の外部ケーブル接続用入出力端子部の近くに配列された各ピン端子に各々接続されている。絶縁耐圧試験に際しては、各相入出力端子を一括コモンに共通接続し、更に前記各ピン端子も一括コモンにして各相入出力端子と共通接続する。こうすることで、絶縁耐圧試験に際してIGBTトランジスタの直列接続点と各相入出力端子とのインピーダンスをほぼゼロにでき、IGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間に高電圧が発生するのを防止できる。
なお図18に示す構成の双方向スイッチを用いて、各IGBTトランジスタのコレクタ端子を外部端子とし、これをマトリクスコンバータ装置の入出力端子部の近くに配列された各ピン端子に接続した場合、あるいは図19に示す構成の双方向スイッチを用いてIGBTトランジスタのコレクタ、エミッタ各端子を外部端子とし、前記同様に前記各ピン端子に接続した場合にも、IGBTトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間に電圧が発生するのを防止できる。
FIG. 15 shows a modularized bidirectional switch S1. The bidirectional switch S1 is configured by a series connection having the collector terminals of the IGBT transistors 141 and 142 as a common connection point, and the series connection point is a large current. Used as an external terminal. The external terminals are soldered on the main circuit board, and the series connection points are also soldered on the main circuit board in the bidirectional switches S2 to S9. The external terminal of the common connection point of each bidirectional switch is connected to each pin terminal arranged near the external cable connection input / output terminal portion of the matrix converter device shown in FIG. Each is connected. In the dielectric strength test, the input / output terminals of each phase are connected in common to the collective common, and the pin terminals are also connected in common to the input / output terminals of each phase. By doing so, the impedance between the series connection point of the IGBT transistor and the input / output terminals of each phase can be made substantially zero during the withstand voltage test, and generation of a high voltage between the collector and emitter terminals of the IGBT transistor can be prevented.
When the bidirectional switch having the configuration shown in FIG. 18 is used and the collector terminal of each IGBT transistor is an external terminal and connected to each pin terminal arranged near the input / output terminal portion of the matrix converter device, or Even when the collector and emitter terminals of the IGBT transistor are external terminals using the bidirectional switch having the configuration shown in FIG. It can be prevented from occurring.

本発明は多相交流電源を入力とし、直接変換によって任意の多相交流または直流の電圧出力を行うマトリクスコンバータ装置に関するものである。
また本発明は、マトリクスコンバータ装置組み立て品の製造品質試験の際、あるいはマトリクスコンバータ装置を機器に据付けた際に行われる絶縁耐圧試験において、マトリクスコンバータ装置内の双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子に最大許容電圧を越える過電圧が発生し、半導体スイッチング素子が過電圧破壊もしくは劣化するのを防止して、高信頼・高品質のマトリクスコンバータ装置を提供でき、更には、マトリクスコンバータ装置を据えつけた装置全体としての高信頼・高品質化を実現したマトリクスコンバータ装置に関するものである。
また本発明は、マトリクスコンバータ装置の動作中に双方向スイッチを構成する直列接続された両IGBT等がともにオフしてIGBTトランジスタのコレクタまたはエミッタ端子が電気的に浮いた状態となり、装置内部または外部からの侵入ノイズに対して極めて誤動作し易い不安定な状態となる場合にも、当該部を電気的に電位固定して、安定した動作を実現できるマトリクスコンバータ装置に関するものである。
The present invention relates to a matrix converter device that receives a multiphase AC power source and outputs an arbitrary multiphase AC or DC voltage by direct conversion.
In addition, the present invention provides a semiconductor switching element that constitutes a bidirectional switch in a matrix converter device in a dielectric strength test that is performed during a manufacturing quality test of an assembly product of a matrix converter device or when the matrix converter device is installed in a device. It is possible to provide a high-reliability and high-quality matrix converter device by preventing overvoltage breakdown and overvoltage breakdown or deterioration of the semiconductor switching element, and the entire device with the matrix converter device installed. The present invention relates to a matrix converter device that achieves high reliability and high quality.
Further, according to the present invention, both the IGBTs connected in series constituting the bidirectional switch are turned off during the operation of the matrix converter device, and the collector or emitter terminal of the IGBT transistor is in an electrically floating state. The present invention relates to a matrix converter device that can realize a stable operation by electrically fixing the potential even in an unstable state that is very likely to malfunction due to an intrusion noise from.

本発明の前提となる一般的なマトリクスコンバータ装置の構成図Configuration diagram of a general matrix converter device as a premise of the present invention 双方向スイッチを断面構造的に示したものA cross-sectional view of a bidirectional switch 各部間に存在する浮遊容量を考慮した双方向スイッチの回路図Circuit diagram of bidirectional switch taking into account stray capacitance existing between each part 絶縁耐圧試験時における図3の双方向スイッチの回路図Circuit diagram of bidirectional switch in Fig. 3 during dielectric strength test 本発明の第1の実施例を示したものThe first embodiment of the present invention is shown 本発明の第1の実施例における絶縁耐圧試験時の双方向スイッチ部の回路図Circuit diagram of bidirectional switch section during dielectric withstand voltage test in first embodiment of the present invention 本発明の第2の実施例を示したものA second embodiment of the present invention is shown 本発明の第2の実施例における絶縁耐圧試験時の双方向スイッチ部の回路図Circuit diagram of bidirectional switch section during dielectric strength test in second embodiment of the present invention 本発明の第3の実施例を示したものA third embodiment of the present invention is shown 本発明の第3の実施例における絶縁耐圧試験時の双方向スイッチ部の回路図Circuit diagram of bidirectional switch section during dielectric strength test in third embodiment of the present invention 図10の回路図を簡略化した回路図Simplified circuit diagram of the circuit diagram of FIG. 本発明の第4の実施例を示したものA fourth embodiment of the present invention is shown 本発明の第4の実施例における絶縁耐圧試験時の双方向スイッチ部の回路図Circuit diagram of bidirectional switch section during dielectric strength test in fourth embodiment of the present invention 本発明の第6の実施例における双方向スイッチモジュール構成図Bidirectional switch module configuration diagram in the sixth embodiment of the present invention 本発明の第7の実施例における双方向スイッチモジュール構成図Bidirectional switch module configuration diagram in the seventh embodiment of the present invention 本発明の第7の実施例におけるマトリクスコンバータ装置Matrix converter device in the seventh embodiment of the present invention 双方向スイッチの第1例の回路図Circuit diagram of first example of bidirectional switch 双方向スイッチの第2例の回路図Circuit diagram of second example of bidirectional switch 双方向スイッチの第3例の回路図Circuit diagram of third example of bidirectional switch

符号の説明Explanation of symbols

1 3相交流電源
5 双方向スイッチ群
9 モータ
11、12 IGBTトランジスタ
13,14 ダイオード
16 絶板(絶縁層)
17 導体パターン
41,42 双方向スイッチの外部端子
43,44 オンオフ駆動用信号入力端子(ゲート側入力端子)
51 銅ベース
52 放熱用フィン
53、106 接地端子
54 接地線
60 マトリクスコンバータ装置
61 外部ケーブル接続用入出力端子部
62 ピン端子
63 オペレータ
100、110、120 双方向スイッチ
102,103、112,113、121 IGBTトランジスタ
131,132,141,142 IGBTトランジスタ
104,105、114,115、122〜125 ダイオード
133,134,143,144 ダイオード
135、145 双方向スイッチS1の外部端子(相入力端子R側)
136、147 双方向スイッチS1の外部端子(相出力端子U側)
137、139、149、150 オンオフ駆動用信号入力端子(ゲート側入力端子)
138、148、151 オンオフ駆動用信号入力端子(エミッタ側入力端子)
140、152 双方向スイッチモジュール
146 共通接続部の外部端子
R、S,T 相入力端子
U,V,W 相出力端子
S1〜S9 双方向スイッチ
R1〜R9 抵抗器
1 Three-phase AC power supply 5 Bidirectional switch group 9 Motor 11, 12 IGBT transistor 13, 14 Diode 16 Insulating plate (insulating layer)
17 Conductor patterns 41, 42 Bidirectional switch external terminals 43, 44 ON / OFF drive signal input terminals (gate side input terminals)
51 Copper Base 52 Heat Dissipation Fins 53, 106 Ground Terminal 54 Ground Line 60 Matrix Converter Device 61 Input / Output Terminal Unit for External Cable Connection 62 Pin Terminal 63 Operators 100, 110, 120 Bidirectional Switches 102, 103, 112, 113, 121 IGBT transistors 131, 132, 141, 142 IGBT transistors 104, 105, 114, 115, 122 to 125 Diodes 133, 134, 143, 144 Diode 135, 145 External terminal of bidirectional switch S1 (phase input terminal R side)
136, 147 External terminal of bidirectional switch S1 (phase output terminal U side)
137, 139, 149, 150 ON / OFF drive signal input terminal (gate side input terminal)
138, 148, 151 ON / OFF drive signal input terminal (emitter side input terminal)
140, 152 Bidirectional switch module 146 External terminal R, S, T phase common terminal U, V, W phase output terminal S1-S9 Bidirectional switch R1-R9 resistor

Claims (9)

交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、逆方向に直列接続された半導体スイッチング素子と前記各半導体スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、
前記双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子の直列接続部と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ装置。
Each phase input terminal connected to the AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, a semiconductor switching element connected in series in the reverse direction, and a diode connected in reverse parallel to each of the semiconductor switching elements A bidirectional switch group including the bidirectional switch and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal, and the AC power supply by PWM controlling the bidirectional switch group In the matrix converter device that converts the voltage into an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal,
A matrix converter device comprising a resistor connected between a series connection portion of semiconductor switching elements constituting the bidirectional switch and the phase input terminal or phase output terminal.
交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、順方向に直列接続された半導体スイッチング素子とダイオードとの接続体が2個逆並列に接続された双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、
前記双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子とダイオードとの直列接続部と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ装置。
Each phase input terminal connected to the AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, and two connections of semiconductor switching elements and diodes connected in series in the forward direction are connected in reverse parallel. A bidirectional switch group composed of the bidirectional switch and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal, and the AC power supply by PWM controlling the bidirectional switch group In the matrix converter device that converts the voltage into an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal,
A matrix converter device comprising a resistor connected between a series connection portion of a semiconductor switching element and a diode constituting the bidirectional switch and the phase input terminal or phase output terminal.
交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、順方向に直列接続されたダイオードの接続体が2個並列接続された並列接続体と前記並列接続体に逆並列接続された半導体スイッチング素子を備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、
前記双方向スイッチを構成する並列接続体の一方の並列接続点と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器、および前記並列接続体のもう一方の並列接続点と前記相入力端子または相出力端子との間に接続された抵抗器を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ装置。
Each phase input terminal connected to an AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, a parallel connection body in which two diode connection bodies connected in series in the forward direction are connected in parallel, and the parallel connection A bidirectional switch group comprising a bidirectional switch including a semiconductor switching element connected in reverse parallel to the connection body, and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal; In a matrix converter device that PWM-controls a bidirectional switch group to convert the AC power supply voltage into an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal.
A resistor connected between one parallel connection point of the parallel connection body constituting the bidirectional switch and the phase input terminal or phase output terminal, and another parallel connection point of the parallel connection body and the phase A matrix converter device comprising a resistor connected between an input terminal or a phase output terminal.
交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、順方向に直列接続されたダイオードの接続体が2個並列接続された並列接続体と前記並列接続体に逆並列接続された半導体スイッチング素子を備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、
前記双方向スイッチを構成する並列接続体に並列接続された抵抗器を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ装置。
Each phase input terminal connected to an AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, a parallel connection body in which two diode connection bodies connected in series in the forward direction are connected in parallel, and the parallel connection A bidirectional switch group comprising a bidirectional switch including a semiconductor switching element connected in reverse parallel to the connection body, and each bidirectional switch connecting between each phase input terminal and each phase output terminal; In a matrix converter device that PWM-controls a bidirectional switch group to convert the AC power supply voltage into an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal.
A matrix converter device comprising a resistor connected in parallel to a parallel connection body constituting the bidirectional switch.
交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、エミッタ端子どおしを共通接続されたIGBTトランジスタの直列接続体と前記各IGBTトランジスタに逆並列接続されたダイオードを備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、
前記双方向スイッチを構成するIGBTトランジスタのオンオフ駆動用信号入力端子と前記相入力端子または相出力端子との間に接続されたインピーダンス低減手段を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ装置。
Each phase input terminal connected to an AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, a series connection body of IGBT transistors commonly connected to the emitter terminals, and each IGBT transistor in antiparallel A bidirectional switch group including a bidirectional switch including a connected diode and each of the bidirectional switches connecting between each phase input terminal and each phase output terminal; and PWM control of the bidirectional switch group In the matrix converter device that converts the AC power supply voltage to an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal,
A matrix converter device comprising impedance reduction means connected between an on / off drive signal input terminal of an IGBT transistor constituting the bidirectional switch and the phase input terminal or phase output terminal.
交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、IGBTトランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されたIGBTトランジスタおよびダイオードによる直列接続体が2個逆並列に接続された双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、
前記双方向スイッチを構成するIGBTトランジスタのオンオフ駆動用信号入力端子と前記相入力端子または相出力端子との間に接続されたインピーダンス低減手段を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ装置。
There are 2 serial connection bodies composed of two phase input terminals connected to an AC power source, each phase output terminal outputting an arbitrary cross-flow voltage, an IGBT transistor in which an emitter terminal of an IGBT transistor and an anode terminal of a diode are connected, and a diode. A bi-directional switch group composed of bi-directional switches connected in reverse parallel and the bi-directional switches connecting the phase input terminals and the phase output terminals. In the matrix converter device that controls and converts the alternating current power supply voltage to an arbitrary cross-flow voltage and outputs it from each phase output terminal,
A matrix converter device comprising impedance reduction means connected between an on / off drive signal input terminal of an IGBT transistor constituting the bidirectional switch and the phase input terminal or phase output terminal.
前記双方向スイッチ群を内蔵するモジュール構造体を備え、
前記モジュール構造体は前記抵抗器を内蔵することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のマトリクスコンバータ装置。
A module structure including the bidirectional switch group;
5. The matrix converter device according to claim 1, wherein the module structure includes the resistor. 6.
交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、接地端子と、逆方向に直列接続された半導体スイッチング素子と前記各半導体スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードを備える双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、
前記接地端子と前記各相入力端子および各相出力端子との間の絶縁耐圧試験に際して、前記双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子の直列接続部と前記相入力端子または相出力端子との間のインピーダンスが低減するように切換接続できる手段を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ装置。
Each phase input terminal connected to AC power supply, each phase output terminal outputting any cross current voltage, ground terminal, semiconductor switching element connected in series in reverse direction, and anti-parallel connection to each semiconductor switching element A bidirectional switch group including the bidirectional switch including the diodes and the bidirectional switches connecting the phase input terminals and the phase output terminals, and PWM controlling the bidirectional switch group. In the matrix converter device for converting the AC power supply voltage to an arbitrary cross-flow voltage and outputting from each phase output terminal,
In the dielectric strength test between the ground terminal and each phase input terminal and each phase output terminal, between the serial connection portion of the semiconductor switching elements constituting the bidirectional switch and the phase input terminal or phase output terminal A matrix converter device comprising means capable of switching connection so as to reduce impedance.
交流電源に接続される各相入力端子と、任意の直交流電圧を出力する各相出力端子と、接地端子と、順方向に直列接続された半導体スイッチング素子とダイオードとの接続体が2個逆並列に接続された双方向スイッチと、前記各相入力端子と各相出力端子との間を繋ぐ各前記双方向スイッチで構成される双方向スイッチ群を備え、前記双方向スイッチ群をPWM制御して前記交流電源電圧を任意の直交流電圧に変換して前記各相出力端子から出力するマトリクスコンバータ装置において、
前記接地端子と前記各相入力端子および各相出力端子との間の絶縁耐圧試験に際して、前記双方向スイッチを構成する半導体スイッチング素子とダイオードとの直列接続部と前記相入力端子または相出力端子との間のインピーダンスが低減するように切換接続できる手段を備えたことを特徴とするマトリクスコンバータ装置。
Each phase input terminal connected to the AC power source, each phase output terminal for outputting an arbitrary cross-flow voltage, a ground terminal, and a connection body of two semiconductor switching elements and diodes connected in series in the forward direction are reversed. A bi-directional switch group composed of bi-directional switches connected in parallel, and the bi-directional switches connected between the phase input terminals and the phase output terminals; and PWM control the bi-directional switch group. In the matrix converter device for converting the AC power supply voltage to an arbitrary cross-flow voltage and outputting from each phase output terminal,
In a dielectric strength test between the ground terminal and each phase input terminal and each phase output terminal, a series connection portion of a semiconductor switching element and a diode constituting the bidirectional switch, and the phase input terminal or phase output terminal A matrix converter device comprising means capable of switching connection so as to reduce impedance between the two.
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