JP2010098919A - Power semiconductor module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device having a dynamic braking function, which improves shut-down performance of an AC generator and achieves miniaturization and cost reduction. <P>SOLUTION: A switching element for dynamic braking is provided inside a power semiconductor module. By turning the switching element on, each phase terminal of an AC generator is short-circuited via the switching element, a braking current is passed to the AC generator, and the AC generator is shut down immediately. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、パワー半導体モジュールに関し、ダイナミックブレーキ機能を備え、交流電動機を制御するためのパワー半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a power semiconductor module, and relates to a power semiconductor module having a dynamic brake function and controlling an AC motor.

一般的にインバータとして知られ、直流電力を交流電力へ電気的に変換する電力変換装置は、交流電動機の速度制御装置として、産業界をはじめ家電製品にも多く採用されている。   Power converters that are generally known as inverters and that electrically convert DC power into AC power are widely used as AC motor speed control devices in industry and home appliances.

交流電動機を減速停止する場合、電動機の減速時回転エネルギーは、電力変換装置内に設けられたパワー半導体モジュール内部の直流中間回路にある平滑コンデンサに静電エネルギーとして蓄積される。しかし、その静電容量は小さく、収まりきらない静電エネルギーにより、平滑コンデンサの両端電圧が上昇する。すると、直流中間回路に設けられた過電圧検出保護回路が動作し、電力変換装置が停止する。この過電圧検出保護回路の動作により、電力変換装置が停止すると、交流電動機は制御不能となってしまう。   When the AC motor is decelerated and stopped, rotational energy during deceleration of the motor is accumulated as electrostatic energy in a smoothing capacitor in a DC intermediate circuit inside the power semiconductor module provided in the power converter. However, the capacitance is small, and the voltage across the smoothing capacitor rises due to the electrostatic energy that cannot be accommodated. Then, the overvoltage detection protection circuit provided in the DC intermediate circuit operates, and the power conversion device stops. If the power converter is stopped by the operation of the overvoltage detection protection circuit, the AC motor becomes uncontrollable.

このため、電力変換装置には、上記直流中間回路に回生制動回路が搭載されており、交流電動機の減速時回転エネルギーを回生制動抵抗器で熱エネルギーとして消費する構成になっている。この回生制動回路は、通常動作時において、交流電動機の回転を減速、停止させる場合に用いられる。   For this reason, a regenerative braking circuit is mounted on the DC intermediate circuit in the power converter, and the rotational energy during deceleration of the AC motor is consumed as heat energy by the regenerative braking resistor. This regenerative braking circuit is used when the rotation of the AC motor is decelerated and stopped during normal operation.

上記回生制動抵抗器で発生した熱は、電力変換装置内の基板を伝わり、周辺部品の温度を上昇させる。加えて、電力変換装置に用いられるIGBTなどのパワー半導体は、電力変換時における電気発生損失により発熱する。このような環境下で、半導体素子の動作限界温度を超え、なお発熱したままで使用した場合、半導体素子は熱破壊に至り動作しなくなる虞がある。このため、パワー半導体を冷却するための冷却フィンと冷却ファンとを備え、発熱体であるパワー半導体からの熱を冷却フィンに熱伝導させ、冷却ファンによって冷却フィンに空気を送り熱交換させて放熱させる。   The heat generated by the regenerative braking resistor is transmitted to the board in the power converter and raises the temperature of peripheral components. In addition, power semiconductors such as IGBTs used in power conversion devices generate heat due to loss of electricity generated during power conversion. In such an environment, when the semiconductor element is used while exceeding the operation limit temperature of the semiconductor element and still generating heat, the semiconductor element may be destroyed due to thermal destruction. For this reason, a cooling fin and a cooling fan for cooling the power semiconductor are provided, heat from the power semiconductor, which is a heating element, is conducted to the cooling fin, and air is sent to the cooling fin by the cooling fan to exchange heat and dissipate heat. Let

また、上記回生制動回路とは別に、緊急時などに備え、交流電動機を直ちに停止させることができるようにダイナミックブレーキ回路を設ける必要がある。回生制動回路によって交流電動機を減速モードにしても、瞬時には交流電動機を停止させることが出来ないからである。一般的に、電力変換装置に緊急停止用のダイナミックブレーキ機能を備えるには、順変換器及び逆変換器等を備えたパワー半導体モジュールと、ダイナミックブレーキ回路等を備えた付帯モジュールとを有するのが一般的であり、たとえば特許文献1〜3には、ダイナミックブレーキとしての付帯モジュールを個別に設けた電力変換装置等が記載されている。
特開平6-178567号公報 特開2000-270577号公報 特開平6-46505号公報
In addition to the regenerative braking circuit, it is necessary to provide a dynamic brake circuit so that the AC motor can be stopped immediately in case of an emergency. This is because even if the AC motor is put into the deceleration mode by the regenerative braking circuit, the AC motor cannot be stopped instantaneously. Generally, in order to provide a power converter with a dynamic brake function for emergency stop, it has a power semiconductor module having a forward converter and a reverse converter, and an auxiliary module having a dynamic brake circuit and the like. For example, Patent Documents 1 to 3 describe a power conversion device or the like in which an accessory module as a dynamic brake is individually provided.
JP-A-6-178567 JP 2000-270577 JP-A-6-46505

しかしながら、上記特許文献1〜3は、電力変換装置内部の順変換器及び逆変換器を搭載したパワー半導体モジュールとは別に、ダイナミックブレーキ用としての遮断器やサイリスタモジュールなどの付帯モジュールを個別に設けているため、付帯モジュール追加による電力変換装置全体の据付面積増大及びコスト増加に関する配慮がなされていないという問題がある。また、モジュールからモジュールへ接続される配線の複雑化、ノイズの発生、取り扱いの利便性等に関しても問題がある。   However, Patent Documents 1 to 3 separately provide ancillary modules such as circuit breakers and thyristor modules for dynamic brakes, separately from power semiconductor modules equipped with forward converters and reverse converters inside power converters. Therefore, there is a problem that consideration is not given to an increase in the installation area and cost of the entire power conversion device due to the addition of the incidental module. There are also problems with the complexity of wiring connected from module to module, the generation of noise, the convenience of handling, and the like.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、小型化及びコスト削減を図った、ダイナミックブレーキ機能を備えた電力変換装置を提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a condition, and is providing the power converter device provided with the dynamic brake function which aimed at size reduction and cost reduction.

上記目的を解決するための本発明の具体的態様は、以下の通りである。   Specific embodiments of the present invention for solving the above object are as follows.

本発明は、電力変換装置にダイナミックブレーキ用の付帯モジュールを別途設置する代わりに、パワー半導体モジュール内部にダイナミックブレーキ用スイッチング素子を設ける。そのスイッチング素子をオンさせることにより、交流電動機の各相端子をスイッチング素子で短絡させる。すると、交流電動機の一の相端子から発生する電流が、他の相端子へ帰還されることで制動電流となり、交流電動機が急停止する。   In the present invention, a dynamic brake switching element is provided inside the power semiconductor module instead of separately installing an auxiliary module for dynamic brake in the power converter. By turning on the switching element, each phase terminal of the AC motor is short-circuited by the switching element. Then, the current generated from one phase terminal of the AC motor is fed back to the other phase terminal to become a braking current, and the AC motor is suddenly stopped.

すなわち、本発明のパワー半導体モジュールは、筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、前記絶縁基板上に、互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、該スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、前記三相交流電動機のうちいずれか二相間に設けられたダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、を備える。   That is, the power semiconductor module of the present invention is a power semiconductor module in which an electronic component is mounted on an insulating substrate inside a casing and controls a three-phase AC motor provided outside the casing, and the power semiconductor module on the insulating substrate A plurality of sets of switching elements having a pair of upper and lower elements connected in series with each other, a diode element connected in antiparallel to the switching elements, and any two of the three-phase AC motors And a switching element for dynamic brake provided in the.

または、本発明のパワー半導体モジュールは、筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、前記絶縁基板上に、互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、該スイッチング素子の各々に逆並列に接続されたダイオード素子と、前記三相交流電動機のうちいずれか一相と前記下段側素子のソース端子との間に設けられたダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、を備える。   Alternatively, the power semiconductor module of the present invention is a power semiconductor module in which an electronic component is mounted on an insulating substrate inside a housing and controls a three-phase AC motor provided outside the housing, the power semiconductor module on the insulating substrate Any one of a plurality of switching elements each having a pair of upper and lower elements connected in series with each other, diode elements connected in antiparallel to each of the switching elements, and the three-phase AC motor A dynamic brake switching element provided between one phase and a source terminal of the lower side element.

または、本発明のパワー半導体モジュールは、筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、前記絶縁基板上に、互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、該スイッチング素子の各々に逆並列に接続されたダイオード素子と、前記下段側素子のソース端子と基準電位との間に設けられた抵抗素子と、前記三相交流電動機のうちいずれか一相と前記基準電位との間に設けられたダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、を備える。   Alternatively, the power semiconductor module of the present invention is a power semiconductor module in which an electronic component is mounted on an insulating substrate inside a housing and controls a three-phase AC motor provided outside the housing, the power semiconductor module on the insulating substrate A plurality of sets of switching elements each having a pair of upper and lower elements connected in series with each other, a diode element connected in antiparallel to each of the switching elements, a source terminal of the lower element and a reference A resistance element provided between the electric potential and a switching element for dynamic brake provided between any one phase of the three-phase AC motor and the reference potential.

または、本発明のパワー半導体モジュールは、筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、前記絶縁基板上に、互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、該スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、前記三相交流電動機のうちいずれか二相間に並列接続された2個のダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、を備える。   Alternatively, the power semiconductor module of the present invention is a power semiconductor module in which an electronic component is mounted on an insulating substrate inside a housing and controls a three-phase AC motor provided outside the housing, the power semiconductor module on the insulating substrate A plurality of sets of switching elements having a pair of upper and lower elements connected in series with each other, a diode element connected in antiparallel to the switching elements, and any two of the three-phase AC motors Two dynamic brake switching elements connected in parallel to each other.

または、本発明のパワー半導体モジュールは、筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、前記絶縁基板上に、互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、該スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、前記三相交流電動機のうちいずれか一相と残りの二相との間にそれぞれ接続された2個のダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、を備える。   Alternatively, the power semiconductor module of the present invention is a power semiconductor module in which an electronic component is mounted on an insulating substrate inside a housing and controls a three-phase AC motor provided outside the housing, the power semiconductor module on the insulating substrate A plurality of sets of switching elements having a pair of upper and lower elements connected in series with each other, a diode element connected in antiparallel to the switching elements, and any one of the three-phase AC motors And two dynamic brake switching elements respectively connected between the remaining two phases.

または、本発明のパワー半導体モジュールは、請求項1〜5のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、さらに、互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組の整流用のダイオード素子と、サイリスタ素子と、回生制動用スイッチング素子と、該回生制動用スイッチング素子に接続された還流用ダイオード素子と、
を備える。
Alternatively, the power semiconductor module of the present invention is the power semiconductor module according to any one of claims 1 to 5, further comprising a plurality of sets of rectifiers each having a pair of upper and lower elements connected in series. A diode element, a thyristor element, a regenerative braking switching element, and a reflux diode element connected to the regenerative braking switching element,
Is provided.

上記の場合において、前記素子の各々はチップ素子であってもよく、あるいは前記ダイナミックブレーキ用スイッチング素子はIGBT素子であってもよい。   In the above case, each of the elements may be a chip element, or the dynamic brake switching element may be an IGBT element.

または、前記ダイナミックブレーキ用スイッチング素子はダイナミックブレーキ用サイリスタ素子であってもよく、あるいは前記ダイナミックブレーキ用スイッチング素子は逆阻止能力を有してもよい。   Alternatively, the dynamic brake switching element may be a dynamic brake thyristor element, or the dynamic brake switching element may have reverse blocking capability.

本発明によれば、電動機の停止性能の向上を図りつつ、電力変換装置の小型化及びコスト削減が可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, size reduction and cost reduction of a power converter device are attained, improving the stop performance of an electric motor.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は、本発明を実現するための一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, this embodiment is only an example for realizing the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. In each drawing, the same reference numerals are assigned to common components.

<電力変換装置の構成>
まず、本発明によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の例を説明する。
<Configuration of power converter>
First, the example of the power converter device using the power semiconductor module by this invention is demonstrated.

図1は本実施形態における、交流電動機4を制御する電力変換装置11の回路構成の概要図である。   FIG. 1 is a schematic diagram of a circuit configuration of a power converter 11 that controls the AC motor 4 in the present embodiment.

電力変換装置11は、パワー半導体チップを備えるパワー半導体モジュール10、平滑コンデンサ2、回生制動抵抗19、スタートアップ抵抗20、制御回路5、冷却ファン6、デジタル操作パネル7、ドライバ回路8を有する。   The power converter 11 includes a power semiconductor module 10 including a power semiconductor chip, a smoothing capacitor 2, a regenerative braking resistor 19, a start-up resistor 20, a control circuit 5, a cooling fan 6, a digital operation panel 7, and a driver circuit 8.

パワー半導体モジュール10は、制御装置全体の動力源となる三相交流電源が接続されるR・S・T 端子、順変換器1、逆変換器3、回生制動回路9、サイリスタ16、シャント抵抗17、を含む。また、代表的なスイッチング素子としてIGBTが搭載されているが、この素子はIGBTに限定されるものではなく、例えばサイリスタ等のスイッチング素子としての形態を有するものであれば良い。   The power semiconductor module 10 includes an R / S / T terminal to which a three-phase AC power source as a power source of the entire control device is connected, a forward converter 1, an inverse converter 3, a regenerative braking circuit 9, a thyristor 16, a shunt resistor 17 ,including. Moreover, although IGBT is mounted as a typical switching element, this element is not limited to IGBT, What is necessary is just to have a form as switching elements, such as a thyristor, for example.

また、本実施形態の操作パネル7としては、特に種類が限られるものではないが、デジタル操作パネルとして装置使用者の操作性を考慮して表示部の表示を見ながら操作が行えるように構成するのが良い。   Further, the type of the operation panel 7 of the present embodiment is not particularly limited, but the digital operation panel is configured so that the operation can be performed while viewing the display on the display unit in consideration of the operability of the apparatus user. Is good.

なお、表示部は必ずしも操作パネル7と一体に構成する必要はないが、操作パネル7の操作者が、表示を見ながら操作できるように一体構成とすることが望ましい。   Note that the display unit is not necessarily configured integrally with the operation panel 7, but it is desirable that the display unit be configured integrally so that an operator of the operation panel 7 can operate while viewing the display.

操作パネル7から入力された電力変換装置の各種制御データは図示しない記憶部に格納される。   Various control data of the power converter input from the operation panel 7 is stored in a storage unit (not shown).

<電力変換装置の動作>
順変換器1は、交流電圧を直流に整流する。平滑コンデンサ2は、整流された直流電圧の脈動分を平滑化する。逆変換器3は、平滑化された直流電圧を周波数の調整可能な交流電圧として出力する。交流電動機4は、出力された交流電圧により制御される。ドライバ回路7は、逆変換器3の交流周波数を制御する。
<Operation of power converter>
The forward converter 1 rectifies the alternating voltage into direct current. The smoothing capacitor 2 smoothes the pulsating component of the rectified DC voltage. The inverse converter 3 outputs the smoothed DC voltage as an AC voltage whose frequency can be adjusted. The AC motor 4 is controlled by the output AC voltage. The driver circuit 7 controls the AC frequency of the inverse converter 3.

制御回路5は、マイコン(制御演算装置)が搭載されており、デジタル操作パネル7から入力される各種の制御データに応じて逆変換器3のスイッチング素子を制御する他、装置全体に必要な制御処理を行う。また、デジタル操作パネル7は、異常を表示する。   The control circuit 5 is equipped with a microcomputer (control arithmetic unit), and controls the switching elements of the inverse converter 3 according to various control data input from the digital operation panel 7, and also controls necessary for the entire apparatus. Process. Also, the digital operation panel 7 displays an abnormality.

冷却ファン6は、発熱による素子破壊を防止するため、パワー半導体モジュール10を冷却する。   The cooling fan 6 cools the power semiconductor module 10 in order to prevent element destruction due to heat generation.

操作パネル7は、電力変換装置の各種制御データの設定及び変更が可能である。操作パネル7には異常表示が可能な表示部が設けられており、電力変換装置における異常が検出されると当該表示部に表示される。   The operation panel 7 can set and change various control data of the power conversion device. The operation panel 7 is provided with a display unit capable of displaying an abnormality, and when an abnormality is detected in the power conversion device, the display is displayed on the display unit.

ドライバ回路8は、制御回路5からの指令に基づいて逆変換器をはじめとする各スイッチング素子を駆動する。また、ドライバ回路8内にはスイッチングレギュレータ回路(DC/DCコンバータ)が搭載されており、電力変換装置の運転に必要な各直流電圧を生成し、これらを各構成に対して供給する。   The driver circuit 8 drives each switching element including an inverse converter based on a command from the control circuit 5. In addition, a switching regulator circuit (DC / DC converter) is mounted in the driver circuit 8, and each DC voltage necessary for the operation of the power converter is generated and supplied to each component.

回生制動回路9は、回生制動抵抗19と組み合わせることで、交流電動機4を減速する際に発生する回生エネルギーを熱に変換して消費する。   In combination with the regenerative braking resistor 19, the regenerative braking circuit 9 converts the regenerative energy generated when the AC motor 4 is decelerated into heat and consumes it.

<電力変換装置の部品配置>
図2は、電力変換装置の主回路部品配置図である。本発明の電力変換装置は、順変換器1、逆変換器3及び回生制動回路9が一個のモジュール内に搭載された複合モジュールとして構成されたパワー半導体モジュール10、冷却フィン12、および冷却ファン6、平滑コンデンサ2を備えた主回路基板14、樹脂モールドケース13を備える 発熱体であるパワー半導体モジュール10からの熱は、冷却フィン12に熱伝導され、冷却ファン6によって冷却フィンに空気が送られ、熱交換されて放熱される配置構造となっている。
<Parts layout of power converter>
FIG. 2 is a layout diagram of main circuit components of the power conversion device. The power conversion device of the present invention includes a power semiconductor module 10, a cooling fin 12, and a cooling fan 6 configured as a composite module in which the forward converter 1, the reverse converter 3, and the regenerative braking circuit 9 are mounted in one module. The main circuit board 14 including the smoothing capacitor 2 and the resin mold case 13 The heat from the power semiconductor module 10 which is a heating element is conducted to the cooling fins 12, and air is sent to the cooling fins 6 by the cooling fan 6. It has an arrangement structure in which heat is exchanged to dissipate heat.

複合モジュールとして構成されたパワー半導体モジュール10の中には、図示しない温度検出器が搭載されており、パワーモジュール内部の温度を検出する。この温度検出器は、温度により抵抗値が変化するサーミスタで構成されている。   A power detector (not shown) is mounted in the power semiconductor module 10 configured as a composite module, and detects the temperature inside the power module. This temperature detector is composed of a thermistor whose resistance value varies with temperature.

ここでは特に、樹脂モールドケース13に収容される各部品にダイナミックブレーキ回路モジュールが含まれていない点に注意されたい。   In particular, it should be noted that the dynamic brake circuit module is not included in each component housed in the resin mold case 13.

<通常時の交流電動機の停止動作>
電力変換装置11により駆動される交流電動機4が減速するとき、回転体である交流電動機の慣性により、回転エネルギーは電力に変換され、電力変換装置内部の平滑コンデンサ2に帰還され、静電エネルギーとして貯蔵される。ところが、平滑コンデンサの静電容量は比較的小さいため、収まりきらない余剰エネルギーは、平滑コンデンサの両端電圧VPNを増加させる。
<Normal AC motor stop operation>
When the AC motor 4 driven by the power converter 11 decelerates, the rotational energy is converted into electric power due to the inertia of the AC motor, which is a rotating body, and is fed back to the smoothing capacitor 2 inside the power converter, as electrostatic energy. Stored. However, since the capacitance of the smoothing capacitor is relatively small, surplus energy that cannot be accommodated increases the voltage V PN across the smoothing capacitor.

そのため、電力変換装置には、交流電動機が減速する際に発生する余剰エネルギーを回生制動抵抗器19で熱として消費するための回生制動回路が設けられ、平滑コンデンサの両端電圧VPNに過電圧がかからないようになっている。 For this reason, the power conversion device is provided with a regenerative braking circuit for consuming surplus energy generated when the AC motor decelerates as heat by the regenerative braking resistor 19, so that an overvoltage is not applied to the voltage V PN across the smoothing capacitor. It is like that.

ただし、万が一平滑コンデンサ2に過電圧がかかる場合に備え、平滑コンデンサを保護するための過電圧保護機能を設けている。この過電圧保護機能は、電圧VPNを検出し、検出電圧値が規定電圧VPND0以上になると電力変換装置の出力を遮断する。この過電圧保護機能が動作すると、電力変換装置が停止するため、交流電動機は制御不能となってしまう。 However, in the unlikely event that an overvoltage is applied to the smoothing capacitor 2, an overvoltage protection function is provided to protect the smoothing capacitor. This overvoltage protection function detects the voltage V PN and shuts off the output of the power converter when the detected voltage value is equal to or higher than the specified voltage V PND0 . When this overvoltage protection function operates, the power converter stops and the AC motor becomes uncontrollable.

<緊急時の交流電動機の停止動作>
上記回転エネルギーを回生制動抵抗器19に熱として消費させる方法は、交流電動機を減速させることはできても、急停止させることはできない。慣性によって回転エネルギーを保った交流電動機4は発電機として電力を発生し、所定の抵抗値を持つ回生制動抵抗がその電力を消費することで回転を徐々に減速していくからである。
<Operation to stop AC motor in emergency>
In the method of causing the regenerative braking resistor 19 to consume the rotational energy as heat, the AC motor can be decelerated but cannot be stopped suddenly. This is because the AC motor 4 that maintains rotational energy by inertia generates electric power as a generator, and a regenerative braking resistor having a predetermined resistance value consumes the electric power to gradually reduce the rotation.

そこで、交流電動機を急停止させるために、交流電動機の各相端子を短絡し、交流電動機内部の速度起電力を短時間に消滅させる。以下、図を参照しながら、緊急時の交流電動機の停止動作について説明する。   Therefore, in order to stop the AC motor suddenly, each phase terminal of the AC motor is short-circuited, and the speed electromotive force inside the AC motor is eliminated in a short time. Hereinafter, the stop operation of the AC motor in an emergency will be described with reference to the drawings.

図3は、通常のPWM制御時における逆変換器3を構成している各相のスイッチング素子に流れる電流のルートを示す図である。この例では、上アームのスイッチング素子UPと下アームのスイッチング素子VN及びスイッチング素子WNがオンした状態を示したものである。   FIG. 3 is a diagram showing a route of current flowing through the switching elements of the respective phases constituting the inverter 3 during normal PWM control. In this example, the upper arm switching element UP, the lower arm switching element VN, and the switching element WN are turned on.

交流電動機の速度起電力(残留電圧)の減衰特性は、例えば、交流電動機4が商用電源で駆動されている状態から商用電源を遮断した場合、電動機4には電源遮断時に回転していた速度に比例した速度起電力Eが発生する。
この速度起電力E(残留電圧)は、接続された負荷特性により減衰挙動が異なる。
The attenuation characteristic of the speed electromotive force (residual voltage) of the AC motor is such that, for example, when the commercial power supply is shut off from the state where the AC motor 4 is driven by the commercial power supply, the motor 4 rotates at the speed that was rotating when the power supply was shut off. Proportional speed electromotive force E is generated.
The speed electromotive force E (residual voltage) has a different attenuation behavior depending on the connected load characteristics.

前記残留電圧Eは、下式で表される。   The residual voltage E is expressed by the following equation.

Figure 2010098919
ここで、Edoは電源遮断時の残留初期電圧値、τは交流電動機の回路時定数(L/R)、ωrは交流電動機の回転子角速度、tは時間、である。
Figure 2010098919
Here, Edo is the residual initial voltage value when the power is shut off, τ is the circuit time constant (L / R) of the AC motor, ωr is the rotor angular velocity of the AC motor, and t is time.

上記残留電圧Eは、交流電動機の回転角周波数ωrと交流電動機の回路時定数τに従って減衰する特性を有している。電源遮断後の交流電動機残留電圧の減衰挙動については、電力変換装置で駆動した場合においても商用電源駆動時と同様である。   The residual voltage E has a characteristic of decaying according to the rotational angular frequency ωr of the AC motor and the circuit time constant τ of the AC motor. The attenuation behavior of the AC motor residual voltage after the power supply is cut off is the same as when the commercial power supply is driven even when driven by the power converter.

この残留電圧Eを急速に減衰させ交流電動機を急停止させるために、パワー半導体モジュール10の内部にスイッチング素子を設け、交流電動機の各相端子をスイッチング素子で短絡する。そして、回転エネルギーを交流電動機が有する内部インピーダンスに熱として消費させる。この交流電動機の内部インピーダンスを利用するのは、上記回生制動抵抗の値よりも数十〜数千分の一程度小さいため、回生制動抵抗よりも発熱が大きく、瞬時にエネルギーが消費されるためである。   In order to rapidly attenuate the residual voltage E and stop the AC motor rapidly, a switching element is provided inside the power semiconductor module 10, and each phase terminal of the AC motor is short-circuited by the switching element. Then, the rotational energy is consumed as heat by the internal impedance of the AC motor. The reason why the internal impedance of this AC motor is used is that it is tens to thousands of times smaller than the value of the regenerative braking resistance, so that heat generation is larger than the regenerative braking resistance and energy is consumed instantly. is there.

より詳細には、次式のように、交流電動機4のU相には、前記速度起電力Eu(U相)を交流電動機の巻線抵抗Ru(U相)とリアクタンスXu(U相)の回路インピーダンスで割った電流Iu(U相)が流れる。   More specifically, as shown in the following equation, the speed electromotive force Eu (U phase) is connected to the winding resistance Ru (U phase) and reactance Xu (U phase) of the AC motor in the U phase of the AC motor 4. The current Iu (U phase) divided by the impedance flows.

Figure 2010098919
このように交流電動機4の入力端子をスイッチング素子15で短絡することにより、制動電流が流れ、交流電動機を急停止させることができる。
Figure 2010098919
Thus, by short-circuiting the input terminal of the AC motor 4 with the switching element 15, a braking current flows and the AC motor can be stopped suddenly.

図4は、ダイナミックブレーキ機能が動作した際のスイッチング素子と交流電動機4に流れる電流ルートを示す。交流電動機を急停止させる目的で上位から制動開始指令信号DBSを受けると、ドライバ回路8は、逆変換器3を構成する全素子UP,VP,WP,UN,VN,WNを一旦オフさせ、その後パワー半導体モジュール10の内部に設けたダイナミックブレーキ用スイッチング素子15をオンさせることで交流電動機の各相端子をスイッチング素子15で短絡し、交流電動機に制動電流を流す。   FIG. 4 shows a current route flowing through the switching element and the AC motor 4 when the dynamic brake function is operated. When receiving the braking start command signal DBS from the host for the purpose of suddenly stopping the AC motor, the driver circuit 8 once turns off all the elements UP, VP, WP, UN, VN, WN constituting the inverter 3, and then By turning on the dynamic brake switching element 15 provided inside the power semiconductor module 10, each phase terminal of the AC motor is short-circuited by the switching element 15, and a braking current is supplied to the AC motor.

ここで、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15内のダイオードは、IGBTに逆電圧が印加されるのを阻止するためのブロックダイオードである。   Here, the diode in the dynamic brake switching element 15 is a block diode for preventing a reverse voltage from being applied to the IGBT.

<第一の実施形態>
図5は、本発明の第一の実施形態に係るダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載したパワー半導体モジュール10の構成を示す図である。端子Uと端子Wとの間には、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15が設けられている。このスイッチング素子15をオンさせることで、交流電動機4の端子Uおよび端子Wが短絡される。つまり、交流電動機4に発生していた各相の速度起電力Eu(U相)、Ew(W相)が短絡され、回転エネルギーが交流電動機の内部インピーダンスで熱として消費されることになる。
<First embodiment>
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the power semiconductor module 10 equipped with the dynamic brake switching element according to the first embodiment of the present invention. A dynamic brake switching element 15 is provided between the terminal U and the terminal W. By turning on the switching element 15, the terminals U and W of the AC motor 4 are short-circuited. That is, the speed electromotive force Eu (U phase) and Ew (W phase) of each phase generated in the AC motor 4 are short-circuited, and rotational energy is consumed as heat by the internal impedance of the AC motor.

このようにすることで、ダイナミックブレーキ回路を搭載したモジュールを個別に設けることなく、ダイナミックブレーキ機能を備える電力変換装置が構築される。つまり、1つのパワー半導体モジュール内にダイナミックブレーキ機能と電力変換機能を収容できるので、個別の筐体、部品を搭載する基板、モジュール間を接続する配線等が必要ない。特に、個別に基板を設けるときはその基板の基準電位のための配線層を広く確保する必要があり大きな面積を要するため、本実施形態の構成を採れば装置の小型化が実現できる。   By doing in this way, the power converter device provided with a dynamic brake function is built, without providing the module carrying a dynamic brake circuit separately. That is, since the dynamic brake function and the power conversion function can be accommodated in one power semiconductor module, there is no need for an individual casing, a board on which components are mounted, wiring for connecting the modules, and the like. In particular, when a substrate is provided individually, it is necessary to secure a wide wiring layer for the reference potential of the substrate, which requires a large area. Therefore, if the configuration of this embodiment is adopted, the apparatus can be reduced in size.

したがって、電動機の停止性能の向上を図りつつ、電力変換装置の小型化及びコスト削減が可能となる。   Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the power conversion device while improving the stopping performance of the electric motor.

ここで、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15がオンする間は、逆変換器に含まれる6個のスイッチング素子はオフするので、通常時と緊急停止時とで使用するスイッチング素子が異なる。電力変換装置の駆動可能な電動機容量は予め決まっており、電力変換装置の定格容量表示には、仕様電圧、出力電流と駆動可能な電動機最大容量等が記載されている。その記載から、交流電動機4の巻線抵抗値を知ることができるので、電動機4の巻線抵抗値から制動電流の最大値を求め、スイッチング素子15の定格電流を選定しておけばよい。   Here, since the six switching elements included in the inverse converter are turned off while the dynamic brake switching element 15 is turned on, the switching elements used in the normal time and the emergency stop are different. The motor capacity that can be driven by the power conversion device is determined in advance, and the rated capacity display of the power conversion device describes the specification voltage, the output current, the maximum motor capacity that can be driven, and the like. Since the winding resistance value of the AC motor 4 can be known from the description, the maximum value of the braking current may be obtained from the winding resistance value of the motor 4 and the rated current of the switching element 15 may be selected.

したがって、逆変換器3を構成する6個のスイッチング素子の定格電流とは無関係に、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15の定格電流を選定することができる。また、上記のように選定したダイナミックブレーキ用スイッチング素子15を用いて設計しておけば、前記巻線抵抗を通して制動電流を流しても、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15をダイナミックブレーキ時の過電流により破壊する虞がなくなる。この場合、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15の定格電流は、逆変換器3を構成する6個のスイッチング素子の定格電流とは全く異なるため、ダイナミックブレーキ専用スイッチング素子15の選定の設計的自由度を増すことができる。   Therefore, the rated current of the dynamic brake switching element 15 can be selected regardless of the rated currents of the six switching elements constituting the inverter 3. In addition, if the dynamic brake switching element 15 selected as described above is designed, the dynamic brake switching element 15 is destroyed by an overcurrent during dynamic braking even if a braking current is passed through the winding resistance. There is no risk of doing so. In this case, the rated current of the switching element 15 for dynamic brake is completely different from the rated current of the six switching elements constituting the inverse converter 3, so that the degree of design freedom in selecting the switching element 15 for dynamic brake is increased. be able to.

なお、図5では、回路図を簡略化する都合上、逆変換器3に含まれるスイッチング素子のゲート配線をまとめて表記しているが、各スイッチング素子6個のゲート配線は独立している。以下で参照する図6〜10についても同様である。   In FIG. 5, for the sake of simplicity of the circuit diagram, the gate wirings of the switching elements included in the inverter 3 are collectively shown, but the gate wirings of the six switching elements are independent. The same applies to FIGS. 6 to 10 referred to below.

<第二の実施形態>
図6は、本発明の第二の実施形態に係るダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載したパワー半導体モジュール10の構成を示す図である。ここでは、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子18として、逆阻止能力を有するIGBTを使用する点が図5と異なる。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a power semiconductor module 10 equipped with a dynamic brake switching element according to the second embodiment of the present invention. Here, the dynamic brake switching element 18 is different from FIG. 5 in that an IGBT having reverse blocking capability is used.

このようにすることで、図5に示すダイナミックブレーキ用スイッチング素子15内のブロックダイオードは不要となる。一般的に、装置の小型化やスペース制限等の事情により、構成部品の大きさ、数等は重要な位置付けを占める。構成部品はその数が1つでも少ないほうが、取り扱い、コスト、スペース等の面で有利である。   By doing so, the block diode in the dynamic brake switching element 15 shown in FIG. 5 becomes unnecessary. In general, the size and number of components occupy an important position due to circumstances such as downsizing of devices and space limitations. It is advantageous in terms of handling, cost, space, etc. that the number of component parts is as small as one.

したがって、本実施形態では、第一の実施形態の効果に加え、さらに電力変換装置の小型化及びコスト削減が可能となる。   Therefore, in this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to further reduce the size and cost of the power conversion device.

なお、本実施形態のダイナミックブレーキ用スイッチング素子18を交流電動機のU-V間とV-W間とU-W間の各端子に接続できる構成にしても発明の効果は同様である。   The effect of the invention is the same even when the switching element 18 for dynamic brake of the present embodiment can be connected to each terminal between U-V, V-W, and U-W of the AC motor.

<第三の実施形態>
図7は、本発明の第三の実施形態に係るダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載したパワー半導体モジュール10の構成を示す図である。ここでは、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15を、SH1端子と、U端子との間に設ける。緊急停止時には、このスイッチング素子15をオンさせることで、制動電流は、V端子またはW端子に接続する下アーム部のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードを通じて、交流電動機4へ帰還する。本構成では、交流電動機4の端子U,Vおよび端子U,Wが短絡される。つまり、交流電動機4に発生していた各相の速度起電力Eu(U相)、Ev(V相)、Ew(W相)が、短絡されることになる。
<Third embodiment>
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a power semiconductor module 10 equipped with a dynamic brake switching element according to a third embodiment of the present invention. Here, the dynamic brake switching element 15 is provided between the SH1 terminal and the U terminal. At the time of emergency stop, the switching element 15 is turned on so that the braking current returns to the AC motor 4 through a diode connected in antiparallel to the switching element of the lower arm connected to the V terminal or the W terminal. In this configuration, the terminals U and V and the terminals U and W of the AC motor 4 are short-circuited. That is, the speed electromotive force Eu (U phase), Ev (V phase), Ew (W phase) of each phase generated in the AC motor 4 is short-circuited.

このようにすることで、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15のソース電位が、逆変換器3の下アームを構成する3個のスイッチング素子の基準と同電位となる。つまり、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15をオンさせるためのゲート電位は、逆変換器3の下アームを構成する3個のスイッチング素子ゲート電位と同等でよいことになる。   By doing so, the source potential of the dynamic brake switching element 15 becomes the same potential as the reference of the three switching elements constituting the lower arm of the inverter 3. That is, the gate potential for turning on the dynamic brake switching element 15 may be equal to the three switching element gate potentials constituting the lower arm of the inverter 3.

したがって、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15のゲートに入力する電源と、逆変換器3の下アームを構成する3個のスイッチング素子ゲートに入力する電源とを共用することができ、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15のために特別な電源を設ける必要がない。この構成によれば、単一電源を用いること、および電源配線の引きまわしが少ないことから、外来ノイズによるドライブ回路の誤動作の面でも有利である。   Therefore, the power source input to the gate of the dynamic brake switching element 15 and the power source input to the three switching element gates constituting the lower arm of the inverter 3 can be shared. There is no need to provide a special power source. This configuration is advantageous in terms of malfunction of the drive circuit due to external noise because a single power supply is used and the power supply wiring is not routed.

また、U相が負の電位となる場合であっても、V端子またはW端子に接続する下アーム部のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードが存在するため、V相またはW相からU相へ電流が逆流することはない。   In addition, even when the U phase has a negative potential, there is a diode connected in reverse parallel to the switching element of the lower arm connected to the V terminal or the W terminal, so that the U phase from the V phase or the W phase Current does not flow back into the phase.

したがって、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15は逆阻止能力を有する必要はなく、逆変換器3に使用されているスイッチング素子と同じ標準的な素子を使用することができる。   Therefore, the dynamic brake switching element 15 does not need to have reverse blocking capability, and the same standard element as the switching element used in the reverse converter 3 can be used.

本実施形態は、上記第一および第二の実施形態で述べた効果に加えてさらに上述の効果が得られるため、非常に有用である。   This embodiment is very useful because the above-described effects can be obtained in addition to the effects described in the first and second embodiments.

<第四の実施形態>
図8は、本発明の第四の実施形態に係るダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載したパワー半導体モジュール10の構成を示す図である。ここでは、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15を、順変換器1の基準と同電位であるN端子と、U端子との間に設ける。上述した第三の実施形態と比較すると、電流検出用のシャント抵抗17の設置場所が相違する。
<Fourth embodiment>
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a power semiconductor module 10 equipped with a dynamic brake switching element according to the fourth embodiment of the present invention. Here, the dynamic brake switching element 15 is provided between the N terminal and the U terminal, which have the same potential as the reference of the forward converter 1. Compared with the third embodiment described above, the installation location of the shunt resistor 17 for current detection is different.

第三の実施形態の場合は、制動電流が電流検出用のシャント抵抗17を流れないが、本実施形態では、制動電流が電流検出用のシャント抵抗17を流れる構成になっている。ただし、制動電流のような大きな電流をシャント抵抗17に流す場合は発熱の問題を考慮する必要があるので、制動電流値を左右する交流電動機の内部インピーダンスや、外部抵抗の接続(図9)の有無等に応じて、第三の実施形態と使い分けるのが良い。   In the case of the third embodiment, the braking current does not flow through the current detecting shunt resistor 17, but in this embodiment, the braking current flows through the current detecting shunt resistor 17. However, when a large current such as a braking current is passed through the shunt resistor 17, it is necessary to consider the problem of heat generation, so the internal impedance of the AC motor that influences the braking current value and the connection of external resistance (Fig. 9) Depending on the presence or absence, etc., it is better to use them differently from the third embodiment.

このようにすることで、制動電流は電流検出用のシャント抵抗17を流れ、この電流値とシャント抵抗17の抵抗値によってN端子とSH1端子間に電位差が生ずる。   By doing so, the braking current flows through the shunt resistor 17 for current detection, and a potential difference is generated between the N terminal and the SH1 terminal depending on the current value and the resistance value of the shunt resistor 17.

したがって、本実施形態は第三の実施形態で得られる効果に加え、上記電位差をモニタしておくことによって、電力変換装置の定格容量表示より大きい交流電動機4を誤って接続した場合でも、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15を的確に遮断でき、スイッチング素子15を過電流による破壊から保護することができる。また、制動電流の異常を検出した場合には、前記図1に記載したデジタル操作パネル7に制動電流の異常の表示をすることも可能である。   Therefore, in addition to the effects obtained in the third embodiment, the present embodiment monitors the potential difference, so that even if an AC motor 4 that is larger than the rated capacity display of the power conversion device is mistakenly connected, the dynamic brake Therefore, the switching element 15 can be cut off accurately, and the switching element 15 can be protected from destruction due to overcurrent. Further, when an abnormality in the braking current is detected, it is possible to display the abnormality in the braking current on the digital operation panel 7 described in FIG.

交流電動機4はその定格容量が大きいほど、巻線抵抗値は小さくなり、制動電流は大きくなる。交流電動機4の並列駆動等のアプリケーションを鑑みると、制動電流を検出し、制動電流の異常の表示ができる本実施形態は、システムの構築エラーを設備立ち上げ時に事前検証できる有効な方法である。   As the rated capacity of the AC motor 4 increases, the winding resistance value decreases and the braking current increases. In view of applications such as parallel driving of the AC motor 4, this embodiment, which can detect a braking current and display an abnormality of the braking current, is an effective method capable of verifying a system construction error in advance when the equipment is started up.

<第五の実施形態>
図9は、本発明の第五の実施形態に係るダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載したパワー半導体モジュール10の構成を示す図である。ここでは、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子18として、2個の逆阻止能力を有するIGBTを設ける。また、交流電動機の巻線抵抗が小さい場合に、制動電流を抑える目的で、外部に直列に制動抵抗Rを接続する端子DB1、DB2を設ける。この場合の制動電流は、
<Fifth embodiment>
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a power semiconductor module 10 equipped with a dynamic brake switching element according to the fifth embodiment of the present invention. Here, as the dynamic brake switching element 18, two IGBTs having reverse blocking capability are provided. In addition, when the winding resistance of the AC motor is small, terminals DB1 and DB2 for connecting the braking resistor R in series are provided for the purpose of suppressing the braking current. The braking current in this case is

Figure 2010098919
となるので、外部に設けた制動抵抗Rによりスイッチング素子18に流れる電流は制限される。
Figure 2010098919
Therefore, the current flowing through the switching element 18 is limited by the braking resistor R provided outside.

このようにすることで、U端子からW端子へ、W端子からU端子へと双方向に制動電が流れる。上記第一〜第四の実施形態では、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15として、逆阻止能力を有するIGBTが1個のみであったため、交流電動機から生ずる電流を一方向に流すことしかできず、交流電動機4へ十分な電流を帰還させることができなかった。しかし、本実施形態では、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子18は、交流電流の正負を問わず、逆阻止能力を有するIGBTの2個のうちどちらかを通じて交流電動機4へ帰還される。   By doing so, braking electricity flows bidirectionally from the U terminal to the W terminal and from the W terminal to the U terminal. In the first to fourth embodiments, since the dynamic brake switching element 15 has only one IGBT having reverse blocking capability, the current generated from the AC motor can only flow in one direction. A sufficient current could not be fed back to 4. However, in the present embodiment, the dynamic brake switching element 18 is fed back to the AC motor 4 through one of two IGBTs having reverse blocking capability regardless of whether the AC current is positive or negative.

したがって、緊急停止時の制動力を更に増加させることができる。また、交流電動機4の内部抵抗Ruが小さい場合であっても、制動電流を抑制することができるので、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子の定格(すなわち素子の大きさ)を自由選択できる上、安全面が配慮され、耐久性を増加させた電力変換装置を得ることができる。   Therefore, the braking force at the time of emergency stop can be further increased. In addition, since the braking current can be suppressed even when the internal resistance Ru of the AC motor 4 is small, the rating of the dynamic brake switching element (that is, the size of the element) can be freely selected, and the safety aspect is also improved. It is possible to obtain a power conversion device that is considered and has increased durability.

なお、図9では、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子に2個のNPNを使用しているが、一方あるいは双方をPNPにすることも可能である。   In FIG. 9, two NPNs are used for the dynamic brake switching element, but one or both of them can be PNPs.

また、制動抵抗接続端子DB1、DB2は、上述した第一〜第四の実施形態あるいは以下で説明する第六の実施形態に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施形態のダイナミックブレーキ用スイッチング素子18を交流電動機のU-V間とV-W間とU-W間の各端子に接続できる構成にしても同様の効果が得られるのは言うまでもない。   Further, it goes without saying that the same effect can be obtained even if the braking resistance connection terminals DB1 and DB2 are applied to the first to fourth embodiments described above or the sixth embodiment described below. In addition, it goes without saying that the same effect can be obtained even if the dynamic brake switching element 18 of the present embodiment is configured to be connected to each terminal between U-V, V-W, and U-W of the AC motor.

<第六の実施形態>
図10は、本発明の第六の実施形態に係るダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載したパワー半導体モジュール10の構成を示す図である。ここでは、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子18の内部に、2個の逆阻止能力を有するIGBTを設ける。本実施形態は、上記第一〜第四の実施形態で、ダイナミックブレーキ用スイッチング素子15としての逆阻止能力を有するIGBTが1個であったものを、2個にしたものである。
<Sixth embodiment>
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a power semiconductor module 10 equipped with a dynamic brake switching element according to a sixth embodiment of the present invention. Here, two IGBTs having reverse blocking capability are provided inside the dynamic brake switching element 18. In this embodiment, the number of IGBTs having the reverse blocking ability as the dynamic brake switching element 15 in the first to fourth embodiments is one, which is two.

このようにすることで、交流電動機のU-V間とU-W間に制動電流が流れる。帰還先の負荷となる交流電動機の内部インピーダンスが並列接続となるので、U端子から流れる制動電流は、半減されるので増加する。   By doing so, a braking current flows between U-V and U-W of the AC motor. Since the internal impedance of the AC motor serving as the load at the return destination is connected in parallel, the braking current flowing from the U terminal is increased by half.

したがって、緊急停止時の制動時間を更に短縮させることができる。   Therefore, the braking time at the time of emergency stop can be further shortened.

<その他>
以上の実施形態では、交流電動機を急停止させる目的で上位から制動開始指令信号DBSを受けた場合について説明したが、予め制動開始周波数と制動時間を前記操作パネル7により設定出来る構成にしても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
<Others>
In the above embodiment, the case where the braking start command signal DBS is received from the host for the purpose of suddenly stopping the AC motor has been described, but the braking start frequency and the braking time can be set in advance by the operation panel 7, Needless to say, similar effects can be obtained.

また、各構成部品はチップ素子を用いるのが望ましく、これによりさらに装置の小型化が促進される。   Further, it is desirable to use a chip element for each component, which further promotes downsizing of the apparatus.

<まとめ>
本発明によれば、パワー半導体モジュール内部にダイナミックブレーキ用スイッチング素子を設け、交流電動機の各相を前記スイッチング素子で短絡し、交流電動機に制動電流を流し交流電動機を急停止させる。これにより、電力変換装置にダイナミックブレーキ用の個別モジュールを付加することなく、電動機の停止性能を向上させ、装置の小型化およびコスト削減を図ることができる。
<Summary>
According to the present invention, the dynamic brake switching element is provided inside the power semiconductor module, each phase of the AC motor is short-circuited by the switching element, the braking current is supplied to the AC motor, and the AC motor is suddenly stopped. Thereby, without adding the individual module for dynamic brakes to the power conversion device, it is possible to improve the stopping performance of the motor, and to reduce the size and cost of the device.

電力変換装置の主回路構成の概要図Outline diagram of main circuit configuration of power converter 電力変換装置の主回路部品配置図Main circuit component layout of power converter 通常のPWM制御時における電流ルート図Current route diagram during normal PWM control 交流電動機の簡易等価回路に流れる制動電流ルート図Braking current route diagram flowing in the simple equivalent circuit of an AC motor 本発明のダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載した電力変換装置Power conversion device equipped with dynamic brake switching element of the present invention 本発明のダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載した電力変換装置Power conversion device equipped with dynamic brake switching element of the present invention 本発明のダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載した電力変換装置Power conversion device equipped with dynamic brake switching element of the present invention 本発明のダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載した電力変換装置Power conversion device equipped with dynamic brake switching element of the present invention 本発明のダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載した電力変換装置Power conversion device equipped with dynamic brake switching element of the present invention 本発明のダイナミックブレーキ用スイッチング素子を搭載した電力変換装置Power conversion device equipped with dynamic brake switching element of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1…順変換器、2…平滑用コンデンサ、3…逆変換器、4…交流電動機、5…制御回路、6…冷却ファン、7…デジタル操作パネル、8…ドライバ回路、9…回生制動回路、10…パワー半導体モジュール、11…電力変換装置、12…冷却フィン、13…樹脂モールドケース、14…主回路基板、15…ダイナミックブレーキ用スイッチング素子、16…サイリスタ、17…シャント抵抗、18…逆阻止IGBTで構成されたダイナミックブレーキ用スイッチング素子、19…回生制動抵抗、20…スタートアップ抵抗、R,S,T…電力変換器の入力電源端子、U,V,W…電力変換器の出力端子、Iu,Iw…交流電動機の各相電流、Ru…交流電動機のU相巻線抵抗、Xu…交流電動機のU相リアクタンス、Eu…交流電動機のU相速度起電力、GT,G1,G2,G21,G22,G3,G4,G5…各素子のゲート信号端子、BR…回生用制動抵抗、DBS…制動開始指令信号、DB1,DB2…ダイナミックブレーキ用制動抵抗接続端子

1 ... Forward converter, 2 ... Smoothing capacitor, 3 ... Reverse converter, 4 ... AC motor, 5 ... Control circuit, 6 ... Cooling fan, 7 ... Digital operation panel, 8 ... Driver circuit, 9 ... Regenerative braking circuit, 10 ... Power semiconductor module, 11 ... Power converter, 12 ... Cooling fin, 13 ... Resin mold case, 14 ... Main circuit board, 15 ... Dynamic brake switching element, 16 ... Thyristor, 17 ... Shunt resistor, 18 ... Reverse blocking Switching element for dynamic brake composed of IGBT, 19 ... Regenerative braking resistor, 20 ... Start-up resistor, R, S, T ... Power converter input power supply terminal, U, V, W ... Power converter output terminal, Iu , Iw: Current of each phase of AC motor, Ru: U phase winding resistance of AC motor, Xu: U phase reactance of AC motor, Eu: U phase speed electromotive force of AC motor, GT, G1, G2, G21, G22 , G3, G4, G5 ... Gate signal terminals of each element, BR ... Regenerative braking resistor, DBS ... Dynamic start command signal, DB1, DB2 ... braking resistor connection terminal for dynamic brake

Claims (10)

筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、
前記絶縁基板上に、
互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、
該スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、
前記三相交流電動機のうちいずれか二相間に設けられたダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、
を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
An electronic component is mounted on an insulating substrate inside the housing, and is a power semiconductor module that controls a three-phase AC motor provided outside the housing,
On the insulating substrate,
A plurality of switching elements each having a pair of upper and lower elements connected in series with each other;
A diode element connected in antiparallel to the switching element;
A dynamic brake switching element provided between any two phases of the three-phase AC motor;
A power semiconductor module comprising:
筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、
前記絶縁基板上に、
互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、
該スイッチング素子の各々に逆並列に接続されたダイオード素子と、
前記三相交流電動機のうちいずれか一相と前記下段側素子のソース端子との間に設けられたダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、
を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
An electronic component is mounted on an insulating substrate inside the housing, and is a power semiconductor module that controls a three-phase AC motor provided outside the housing,
On the insulating substrate,
A plurality of switching elements each having a pair of upper and lower elements connected in series with each other;
A diode element connected in antiparallel to each of the switching elements;
A switching element for dynamic brake provided between any one phase of the three-phase AC motor and a source terminal of the lower stage side element;
A power semiconductor module comprising:
筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、
前記絶縁基板上に、
互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、
該スイッチング素子の各々に逆並列に接続されたダイオード素子と、
前記下段側素子のソース端子と基準電位との間に設けられた抵抗素子と、
前記三相交流電動機のうちいずれか一相と前記基準電位との間に設けられたダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、
を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
An electronic component is mounted on an insulating substrate inside the housing, and is a power semiconductor module that controls a three-phase AC motor provided outside the housing,
On the insulating substrate,
A plurality of switching elements each having a pair of upper and lower elements connected in series with each other;
A diode element connected in antiparallel to each of the switching elements;
A resistance element provided between a source terminal of the lower side element and a reference potential;
A switching element for a dynamic brake provided between any one phase of the three-phase AC motor and the reference potential;
A power semiconductor module comprising:
筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、
前記絶縁基板上に、
互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、
該スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、
前記三相交流電動機のうちいずれか二相間に並列接続された2個のダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、
を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
An electronic component is mounted on an insulating substrate inside the housing, and is a power semiconductor module that controls a three-phase AC motor provided outside the housing,
On the insulating substrate,
A plurality of switching elements each having a pair of upper and lower elements connected in series with each other;
A diode element connected in antiparallel to the switching element;
Two dynamic brake switching elements connected in parallel between any two phases of the three-phase AC motor,
A power semiconductor module comprising:
筐体内部の絶縁基板上に電子部品が搭載され、前記筐体外部に備えられた三相交流電動機を制御するパワー半導体モジュールであって、
前記絶縁基板上に、
互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組のスイッチング素子と、
該スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、
前記三相交流電動機のうちいずれか一相と残りの二相との間にそれぞれ接続された2個のダイナミックブレーキ用スイッチング素子と、
を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
An electronic component is mounted on an insulating substrate inside the housing, and is a power semiconductor module that controls a three-phase AC motor provided outside the housing,
On the insulating substrate,
A plurality of switching elements each having a pair of upper and lower elements connected in series with each other;
A diode element connected in antiparallel to the switching element;
Two dynamic brake switching elements respectively connected between any one of the three-phase AC motors and the remaining two phases;
A power semiconductor module comprising:
請求項1〜5のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、さらに、
互いに直列接続された上段側素子と下段側素子のペアを有する複数組の整流用のダイオード素子と、
サイリスタ素子と、
回生制動用スイッチング素子と、
該回生制動用スイッチング素子に接続された還流用ダイオード素子と、
を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
In the power semiconductor module according to any one of claims 1 to 5,
A plurality of sets of rectifying diode elements each having a pair of upper and lower elements connected in series with each other;
A thyristor element;
A switching element for regenerative braking;
A reflux diode element connected to the regenerative braking switching element;
A power semiconductor module comprising:
請求項1〜6のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記素子の各々はチップ素子であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
In the power semiconductor module according to any one of claims 1 to 6,
Each of the elements is a chip element.
請求項1〜7のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記ダイナミックブレーキ用スイッチング素子はIGBT素子であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
In the power semiconductor module according to any one of claims 1 to 7,
The power semiconductor module, wherein the dynamic brake switching element is an IGBT element.
請求項1〜7のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記ダイナミックブレーキ用スイッチング素子はダイナミックブレーキ用サイリスタ素子であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
In the power semiconductor module according to any one of claims 1 to 7,
The power semiconductor module, wherein the dynamic brake switching element is a dynamic brake thyristor element.
請求項1〜8のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記ダイナミックブレーキ用スイッチング素子は逆阻止能力を有することを特徴とするパワー半導体モジュール。
In the power semiconductor module according to any one of claims 1 to 8,
The power semiconductor module, wherein the dynamic brake switching element has reverse blocking capability.
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