JP2010178542A - Power converter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain reduction in the leak current that flows into the ground from a power conversion main circuit, by applying resistors for fixing a conductive potential in a power converter. <P>SOLUTION: By electrically connecting the potential of a heat sink (electrically conducting member), wherein an IGBT (semiconductor element) is mounted to a connection between resistors for fixing a conductive potential which are connected to a power conversion DC main circuit, the applied voltage between the ground and the heat sink (conducting member) is reduced, and the leak current that flows into the ground via a floating capacitance can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、適用される半導体素子群を取付ける導電性部材の電位を固定するための回路構成を有する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device having a circuit configuration for fixing a potential of a conductive member to which a semiconductor element group to be applied is attached.

交流電動機を任意の回転速度で回転させるために電力変換装置が用いられる。電力変換装置には、一般に交流電圧を直流電圧に順変換する順変換器と直流電圧を交流電圧に逆変換する逆変換器とが適用され、正側直流電源、負側直流電源、正側直流電源と負側直流電源の中間点である中性点直流電源各々に直流電圧の脈流を平滑化する平滑コンデンサが接続され、正側直流電源、負側直流電源、中性点直流電源は電力変換素子を介して出力点に接続する構成がある。そして、それらの半導体素子を繰り返し導通及び遮断(以後スイッチングと記す)させることで、実質的な交流電圧を作り出し、主商用電源から変圧器を介して得られる交流電圧を順変換器により、直流電圧へ変換する。そして、得られた直流電圧を逆変換器により、任意の周波数及び振幅を有する交流電圧へ変換し、交流電動機へ電力を供給することで、交流電動機の速度を加速制御する。   A power converter is used to rotate the AC motor at an arbitrary rotational speed. In general, a forward converter that converts an AC voltage into a DC voltage and an inverse converter that converts a DC voltage back into an AC voltage are applied to a power converter. A positive DC power source, a negative DC power source, and a positive DC A smoothing capacitor that smoothes the pulsating flow of the DC voltage is connected to each neutral point DC power source, which is the midpoint between the power source and the negative side DC power source. The positive side DC power source, negative side DC power source, and neutral point DC power source There is a configuration in which the output point is connected via a conversion element. Then, these semiconductor elements are repeatedly turned on and off (hereinafter referred to as switching) to generate a substantial AC voltage, and the AC voltage obtained from the main commercial power supply via the transformer is converted to the DC voltage by the forward converter. Convert to Then, the obtained DC voltage is converted into an AC voltage having an arbitrary frequency and amplitude by an inverse converter, and electric power is supplied to the AC motor, whereby the speed of the AC motor is controlled to be accelerated.

また、前記半導体素子のスイッチングにより、交流電動機からの交流電圧を逆変換器により、直流電圧へ変換し、さらに、得られた直流電圧を順変換器により、商用周波数の交流電圧へ変換し、変圧器を介して主商用電源へ電力を回生することで、交流電動機の速度を減速制御する。   Further, by switching the semiconductor element, an AC voltage from an AC motor is converted into a DC voltage by an inverse converter, and the obtained DC voltage is converted into an AC voltage of a commercial frequency by a forward converter. The speed of the AC motor is controlled to be reduced by regenerating power to the main commercial power source via the generator.

ところで、鉄鋼圧延プラントに適用される交流電動機は、その適用用途により、数[kW]の補機電動機から、数千[kW]の主機電動機まで多種存在する。したがって、それを駆動する電力変換装置も様々な容量のものが存在し、主機電動機駆動用となると、数千[kVA]以上の容量が必要となる。   By the way, there are various AC motors applied to the steel rolling plant, ranging from several [kW] auxiliary motors to several thousand [kW] main motors depending on the application. Accordingly, there are various power converters for driving the power converter, and when it is used for driving the main motor, a capacity of several thousand [kVA] or more is required.

電力変換装置の容量を増加する方法として、それを構成する電力変換直流主回路の主回路直流電圧を高電圧化する方法がある。電力変換装置を高圧化するには、電力変換直流主回路に接続される半導体素子の絶縁耐圧仕様を高耐圧化する必要があり、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールの場合は、IGBTモジュールの取付け板となるベース板とコレクタ主端子及びエミッタ主端子との間の絶縁耐圧仕様を高耐圧化することに相当する。また、ダイオードモジュールの場合も同様となり、ダイオードモジュールの取付け板となるベース板とアノード主端子及びカソード主端子との間の絶縁耐圧仕様を高耐圧化することに相当する。ここで、絶縁耐圧とは、半導体素子内外で絶縁破壊が生じない電圧値のことである。   As a method of increasing the capacity of the power conversion device, there is a method of increasing the main circuit DC voltage of the power conversion DC main circuit constituting the power conversion device. In order to increase the voltage of the power converter, it is necessary to increase the withstand voltage specification of the semiconductor element connected to the power conversion DC main circuit. For example, in the case of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) module, This corresponds to increasing the withstand voltage specification between the base plate serving as the mounting plate and the collector main terminal and emitter main terminal. The same applies to the diode module, which corresponds to increasing the withstand voltage specification between the base plate as the mounting plate of the diode module and the anode main terminal and cathode main terminal. Here, the withstand voltage is a voltage value at which dielectric breakdown does not occur inside and outside the semiconductor element.

IGBTモジュール及びダイオードモジュールは、一般にIGBTモジュール及びダイオードモジュールを冷却するための導電性であるヒートシンク上に実装するため、IGBTモジュール及びダイオードモジュールのベース板の電位は、ヒートシンク電位と電気的に接続される。   Since the IGBT module and the diode module are generally mounted on a heat sink that is conductive for cooling the IGBT module and the diode module, the potential of the base plate of the IGBT module and the diode module is electrically connected to the heat sink potential. .

ここで、電力変換装置の高圧化を実現させる従来の方法として、例えば2個のIGBTモジュールを直列接続して構成されるIGBTモジュール群と2個のダイオードモジュールを直列接続して構成されるダイオードモジュール群とを1つのスイッチとして機能させる回路構成がある。   Here, as a conventional method for realizing high voltage of the power converter, for example, an IGBT module group configured by connecting two IGBT modules in series and a diode module configured by connecting two diode modules in series There is a circuit configuration that allows a group to function as one switch.

この従来の回路構成において、前記IGBTモジュール群は、U,V,W相の各1相当たり4組ずつ割り当てられる。この4組は、正側直流電源の母線電位を出力するための正側IGBTモジュール群と、中性点直流電源の母線電位を出力するための第1の中性点IGBTモジュール群及び第2の中性点IGBTモジュール群と、負側直流電源の母線電位を出力するための負側IGBTモジュール群からなる。これらは正側直流電源の母線と負側直流電源の母線との間に直列に接続される。   In this conventional circuit configuration, four groups of the IGBT module groups are assigned to each of the U, V, and W phases. The four sets include a positive IGBT module group for outputting the bus potential of the positive DC power source, a first neutral IGBT module group for outputting the bus potential of the neutral DC power source, and a second It consists of a neutral IGBT module group and a negative IGBT module group for outputting the bus potential of the negative DC power supply. These are connected in series between the bus of the positive DC power supply and the bus of the negative DC power supply.

また、前記ダイオードモジュール群は、U,V,W相の各1相当たり2組ずつ割り当てられる。正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群の接続点と中性点直流電源の母線の間と、負側IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群の接続点と中性点直流電源の母線の間に各々、中性点直流電源の母線電位を出力するための2直列接続の第1の正側ダイオードモジュールと第2の正側ダイオードモジュールからなる正側ダイオードモジュール群と、第1の負側ダイオードモジュールと第2の負側ダイオードモジュールからなる負側ダイオードモジュール群が接続される。   Two sets of the diode module groups are assigned to each of the U, V, and W phases. Between the connection point of the positive-side IGBT module group and the first neutral-point IGBT module group and the bus of the neutral-point DC power supply, and between the connection point of the negative-side IGBT module group and the second neutral-point IGBT module group A positive-side diode module group comprising a first positive-side diode module and a second positive-side diode module connected in series for outputting the bus potential of the neutral-point DC power source between the buses of the neutral-point DC power source And a negative diode module group composed of a first negative diode module and a second negative diode module.

正側ダイオードモジュール群の第1の正側ダイオードモジュールのカソード主端子は、正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群との接続点に接続される。そのアノード主端子は第2の正側ダイオードモジュールのカソード主端子と接続される。第2の正側ダイオードモジュールのアノード主端子は中性点直流電源と接続される。   The cathode main terminal of the first positive diode module of the positive diode module group is connected to a connection point between the positive IGBT module group and the first neutral IGBT module group. The anode main terminal is connected to the cathode main terminal of the second positive diode module. The anode main terminal of the second positive diode module is connected to a neutral point DC power source.

負側ダイオードモジュール群の第1の負側ダイオードモジュールのカソード主端子は中性点直流電源と接続される。そのアノード主端子は第2の負側ダイオードモジュールのカソード主端子と接続される。そのアノード主端子は負側IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群との接続点に接続される。   The cathode main terminal of the first negative diode module of the negative diode module group is connected to a neutral DC power supply. The anode main terminal is connected to the cathode main terminal of the second negative diode module. The anode main terminal is connected to a connection point between the negative IGBT module group and the second neutral IGBT module group.

IGBTモジュールは、U,V,W相の各相で8個ずつ適用される。正側IGBTモジュール群である1直列目正側IGBTモジュールのコレクタ主端子は正側直流電源の母線に接続される。1直列目正側IGBTモジュールのエミッタ主端子は2直列目正側IGBTモジュールのコレクタ主端子と接続される。2直列目正側IGBTモジュールのエミッタ主端子は第1の中性点IGBTモジュール群である1直列目第1の中性点IGBTモジュールのコレクタ主端子と接続される。1直列目第1の中性点IGBTモジュールのエミッタ主端子は2直列目第1の中性点IGBTモジュールのコレクタ主端子と接続される。   Eight IGBT modules are applied in each of the U, V, and W phases. The collector main terminal of the first series positive side IGBT module which is the positive side IGBT module group is connected to the bus of the positive side DC power supply. The emitter main terminal of the first series positive side IGBT module is connected to the collector main terminal of the second series positive side IGBT module. The emitter main terminal of the second series positive side IGBT module is connected to the collector main terminal of the first series first neutral point IGBT module which is the first neutral point IGBT module group. The emitter main terminal of the first series first neutral point IGBT module is connected to the collector main terminal of the second series first neutral point IGBT module.

2直列目第1の中性点IGBTモジュールのエミッタ主端子は第2の中性点IGBTモジュール群である1直列目第2の中性点IGBTモジュールのコレクタ主端子に接続される。1直列目第2の中性点IGBTモジュールのエミッタ主端子は2直列目第2の中性点IGBTモジュールのコレクタ主端子に接続される。   The emitter main terminal of the second series first neutral point IGBT module is connected to the collector main terminal of the first series second neutral point IGBT module which is the second neutral point IGBT module group. The emitter main terminal of the first series second neutral point IGBT module is connected to the collector main terminal of the second series second neutral point IGBT module.

2直列目第2の中性点IGBTモジュールのエミッタ主端子は負側IGBTモジュール群である1直列目負側IGBTモジュールのコレクタ主端子に接続される。1直列目負側IGBTモジュールのエミッタ主端子は2直列目負側IGBTモジュールのコレクタ主端子と接続される。2直列目負側IGBTモジュールのエミッタ主端子は負側直流電源の母線と接続される。   The emitter main terminal of the second series second neutral IGBT module is connected to the collector main terminal of the first series negative IGBT module which is a negative IGBT module group. The emitter main terminal of the first series negative side IGBT module is connected to the collector main terminal of the second series negative side IGBT module. The emitter main terminal of the second series negative IGBT module is connected to the bus of the negative DC power supply.

各相の出力点は、第1の中性点IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群との接続点になる。   The output point of each phase is a connection point between the first neutral point IGBT module group and the second neutral point IGBT module group.

IGBTモジュールを実装するヒートシンクとダイオードモジュールを実装するヒートシンクは、U,V,W相の各相6個ずつ割り当てられる。正側IGBTモジュール群は1個の正側ヒートシンク上に実装され、第1の中性点IGBTモジュール群は、1個の第1の中性点ヒートシンク上に実装され、第2の中性点IGBTモジュール群は、1個の第2の中性点ヒートシンク上に実装される。   Six heat sinks for mounting the IGBT module and six heat sinks for mounting the diode module are assigned to each of the U, V, and W phases. The positive side IGBT module group is mounted on one positive side heat sink, the first neutral point IGBT module group is mounted on one first neutral point heat sink, and the second neutral point IGBT is mounted. The module group is mounted on one second neutral point heat sink.

負側IGBTモジュール群は1個の負側ヒートシンク上に実装される。また、正側ダイオード群は、1個の正側ダイオード用ヒートシンク上に実装され、負側ダイオード群は、1個の負側ダイオード用ヒートシンク上に実装される。   The negative side IGBT module group is mounted on one negative side heat sink. The positive diode group is mounted on one positive diode heat sink, and the negative diode group is mounted on one negative diode heat sink.

正側ヒートシンクと第1の中性点ヒートシンクと第2の中性点ヒートシンクと負側ヒートシンクを、そのヒートシンク上に実装されるIGBTモジュール同士の直列接続した接続点と接続することにより、ヒートシンク電位及びIGBTモジュールのベース板の電位は各々、IGBTモジュール群の1直列目IGBTモジュールのエミッタ主端子の電位及び2直列目IGBTモジュールのコレクタ主端子の電位と電気的に接続されることになり、IGBTモジュールのスイッチングによって、ヒートシンク電位及びIGBTモジュールのベース板の電位は変動する。   By connecting the positive side heat sink, the first neutral point heat sink, the second neutral point heat sink, and the negative side heat sink to the connection point of the IGBT modules mounted on the heat sink connected in series, the heat sink potential and The potential of the base plate of the IGBT module is electrically connected to the potential of the emitter main terminal of the first series IGBT module of the IGBT module group and the potential of the collector main terminal of the second series IGBT module, respectively. With this switching, the heat sink potential and the potential of the base plate of the IGBT module change.

正側/負側ダイオード用ヒートシンクの場合も、IGBTモジュール群を実装する各ヒートシンクと同様の回路構成とし、そのヒートシンク上に実装されるダイオードモジュール同士の直列接続した接続点とダイオード用ヒートシンクを接続することにより、ヒートシンク電位及びダイオードモジュールのベース板の電位は、ダイオードモジュールの導通・遮断によって変動する。また、大地と各ヒートシンク及び各IGBTモジュール、ダイオードモジュールのベース板の間に印加される電圧は、中性点直流電源の母線が高抵抗を介して大地に接続されるため、各ヒートシンクの電位に高抵抗の印加電圧が加算されたものとなる。   In the case of the heat sink for the positive / negative side diode, the circuit configuration is the same as that of each heat sink for mounting the IGBT module group, and the diode-connected heat sink is connected to the connection point of the diode modules mounted on the heat sink. As a result, the heat sink potential and the potential of the base plate of the diode module fluctuate due to the conduction / cutoff of the diode module. In addition, the voltage applied between the ground and the base plate of each heat sink and each IGBT module and diode module is connected to the ground via the high resistance of the neutral point DC power supply. The applied voltage is added.

正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群と負側IGBTモジュール群の動作関係は、正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群が導通状態のとき、第2の中性点IGBTモジュール群と負側IGBTモジュール群は遮断状態となり、第1の中性点IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態のとき、正側IGBTモジュール群と負側IGBTモジュール群は遮断状態となり、第2の中性点IGBTモジュール群と負側IGBTモジュール群が導通状態のとき、正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群は遮断状態である。   The operation relationship between the positive side IGBT module group, the first neutral point IGBT module group, the second neutral point IGBT module group, and the negative side IGBT module group is the positive side IGBT module group and the first neutral point IGBT module. When the group is conductive, the second neutral IGBT module group and the negative IGBT module group are cut off, and the first neutral IGBT module group and the second neutral IGBT module group are conductive. When the positive-side IGBT module group and the negative-side IGBT module group are in the cut-off state, and when the second neutral-point IGBT module group and the negative-side IGBT module group are in the conductive state, the positive-side IGBT module group and the first neutral-point IGBT module group The point IGBT module group is cut off.

IGBTモジュール群の導通状態における各々のヒートシンク電位と大地の間の電圧は、正側ヒートシンクの場合、正側直流電源と中性点直流電源の間の直流電圧をEpとし、中性点直流電源と接続される高抵抗の両端電圧をErcとすると、式[1]で表される。   In the case of the positive heat sink, the voltage between each heat sink potential and the ground in the conduction state of the IGBT module group is represented by Ep as the DC voltage between the positive DC power supply and the neutral DC power supply. When the voltage across the connected high resistance is Erc, it is expressed by equation [1].

大地と正側ヒートシンク間の印加電圧 = Ep+ Erc ・・・[1]
(正側IGBTモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between ground and positive heat sink = Ep + Erc ... [1]
(When the positive side IGBT module group is in conduction)

また、第1の中性点IGBTモジュール群の導通状態において、第1の中性点ヒートシンクと大地の間に印加される電圧は、正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合と、第1の中性点IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合で異なり、正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合は、式[2]で表され、第1の中性点IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合は、式[3]で表される。   In addition, in the conductive state of the first neutral point IGBT module group, the voltage applied between the first neutral point heat sink and the ground is determined by the positive side IGBT module group and the first neutral point IGBT module group. The conduction state differs from the case where the first neutral point IGBT module group and the second neutral point IGBT module group are in the conductive state, and the positive side IGBT module group and the first neutral point IGBT module group are conductive. In the case of the state, it is expressed by the equation [2], and when the first neutral point IGBT module group and the second neutral point IGBT module group are in the conductive state, it is expressed by the equation [3].

大地と第1の中性点ヒートシンクの間の印加電圧 = Ep+ Erc ・・・[2]
(正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between ground and first neutral point heat sink = Ep + Erc ... [2]
(When the primary IGBT module group and the first neutral IGBT module group are in conduction)

大地と第1の中性点ヒートシンクの間の印加電圧 = Erc ・・・[3]
(第1及び第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between ground and first neutral point heat sink = Erc ... [3]
(When the first and second neutral IGBT modules are in conduction)

一方、第2の中性点IGBTモジュール群の導通状態において、第2の中性点ヒートシンクと大地の間に印加される電圧は、第1の中性点IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合と、負側IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合では異なり、中性点直流電源と負側直流電源の間の直流電圧をEnとすると、第1の中性点IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合は、式[4]で表され、負側IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合は、式[5]で表される。   On the other hand, in the conductive state of the second neutral point IGBT module group, the voltage applied between the second neutral point heat sink and the ground is the first neutral point IGBT module group and the second neutral point. The DC voltage between the neutral point DC power source and the negative side DC power source is different from that when the IGBT module group is in a conductive state and when the negative side IGBT module group and the second neutral point IGBT module group are in a conductive state. Then, when the first neutral point IGBT module group and the second neutral point IGBT module group are in the conductive state, it is expressed by Equation [4], and the negative side IGBT module group and the second neutral point IGBT are expressed as follows. When the module group is in a conductive state, it is expressed by Equation [5].

大地と第2の中性点ヒートシンクの間の印加電圧 = Erc ・・・[4]
(第1及び第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between ground and second neutral point heat sink = Erc ... [4]
(When the first and second neutral IGBT modules are in conduction)

大地と第2の中性点ヒートシンクの間の印加電圧 = En + Erc ・・・[5]
(負側IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between ground and second neutral point heat sink = En + Erc ... [5]
(When the negative IGBT module group and the second neutral IGBT module group are in the conductive state)

また、負側IGBTモジュール群の導通状態において、負側ヒートシンクと大地の間に印加される電圧は、式[6]で表される。   Further, the voltage applied between the negative heat sink and the ground in the conductive state of the negative IGBT module group is expressed by Equation [6].

大地と負側ヒートシンクの間の印加電圧 = En + Erc ・・・[6]
(負側IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between ground and negative heat sink = En + Erc ... [6]
(When the negative IGBT module group and the second neutral IGBT module group are in the conductive state)

ここで、各IGBTモジュール群の導通状態において、各IGBTモジュールのコレクタ主端子とエミッタ主端子及び各ヒートシンクの電位は各々同電位となるため、各IGBTモジュールのベース板とコレクタ/エミッタ主端子の間に電圧は印加されない。   Here, in the conductive state of each IGBT module group, the collector main terminal, the emitter main terminal, and the heat sink of each IGBT module have the same potential, and therefore, between the base plate of each IGBT module and the collector / emitter main terminal. No voltage is applied to.

正側/負側ダイオードモジュール群の導通状態において、各ダイオード用ヒートシンクと大地の間に印加される電圧は、式[7]で表せる。   In the conductive state of the positive / negative diode module group, the voltage applied between each diode heat sink and the ground can be expressed by Equation [7].

大地と正側/負側ダイオード用ヒートシンクの間の印加電圧
= Erc ・・・[7]
(正側/負側ダイオードモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between ground and heat sink for positive / negative diode
= Erc ... [7]
(When positive / negative diode modules are in a conductive state)

ここで、各ダイオードモジュール群の導通状態におけるアノード主端子とカソード主端子及びヒートシンク電位は、すべて同電位となるため、各ダイオードモジュールのベース板とアノード/カソード主端子間に電圧は印加されない。   Here, since the anode main terminal, the cathode main terminal, and the heat sink potential in the conductive state of each diode module group are all the same potential, no voltage is applied between the base plate of each diode module and the anode / cathode main terminal.

各IGBTモジュール群の遮断状態において、各ヒートシンクの電位及び各IGBTモジュールのベース板の電位が、1直列目IGBTモジュールのエミッタ主端子の電位と2直列目IGBTモジュールのコレクタ主端子の電位と同電位になるために、1直列目IGBTモジュールのベース板と1直列目IGBTモジュールのコレクタ主端子の間、2直列目IGBTモジュールのベース板と2直列目IGBTモジュールのエミッタ主端子の間に印加される電圧は、各IGBTモジュールのコレクタ主端子とエミッタ主端子の間に印加される電圧に等しい。   In the shut-off state of each IGBT module group, the potential of each heat sink and the potential of the base plate of each IGBT module are the same as the potential of the emitter main terminal of the first series IGBT module and the collector main terminal of the second series IGBT module. Therefore, it is applied between the base plate of the first series IGBT module and the collector main terminal of the first series IGBT module, between the base plate of the second series IGBT module and the emitter main terminal of the second series IGBT module. The voltage is equal to the voltage applied between the collector main terminal and the emitter main terminal of each IGBT module.

特に、各IGBTモジュールのベース板とコレクタ/エミッタ主端子間に印加される電圧が最大となるのは、各IGBTモジュールが電流を遮断したときであり、各IGBTモジュールが電流を遮断した時の跳ね上り電圧をΔViとすると、各IGBTモジュールのベース板及び各ヒートシンク−コレクタ/エミッタ主端子間に印加される電圧は式[8]で表せる。   In particular, the maximum voltage applied between the base plate of each IGBT module and the collector / emitter main terminal is when each IGBT module cuts off the current, and the jump when each IGBT module cuts off the current. Assuming that the upward voltage is ΔVi, the voltage applied between the base plate of each IGBT module and each heat sink-collector / emitter main terminal can be expressed by Equation [8].

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の最大印加電圧
= Ep(En)/2 + ΔVi ・・・[8]
Maximum applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal
= Ep (En) / 2 + ΔVi ... [8]

ここで、通常回路動作中の主回路の直流電圧Ep,Enは、(Ep)=(En)であるため、正側IGBTモジュール群と第1の中性点IGBTモジュール群と第2の中性点IGBTモジュール群と負側IGBTモジュール群では、IGBTモジュール群の電流遮断時における各IGBTモジュールのベース板とコレクタ/エミッタ主端子の間に印加される電圧に差異はない。   Here, since the DC voltages Ep and En of the main circuit during normal circuit operation are (Ep) = (En), the positive side IGBT module group, the first neutral point IGBT module group, and the second neutral point In the point IGBT module group and the negative IGBT module group, there is no difference in the voltage applied between the base plate and the collector / emitter main terminal of each IGBT module when the current of the IGBT module group is interrupted.

また、各IGBTモジュール群の遮断状態における各ヒートシンクと大地間に印加される電圧は、式[9]で表せる。   Moreover, the voltage applied between each heat sink and the ground in the cutoff state of each IGBT module group can be expressed by Equation [9].

大地と各ヒートシンクの間の印加電圧
= Ep(En)/2 + ΔVi + Erc ・・・[9]
Applied voltage between earth and each heat sink
= Ep (En) / 2 + ΔVi + Erc (9)

正側ヒートシンクと第1の中性点ヒートシンクと第2の中性点ヒートシンクと負側IGBTヒートシンクでは、IGBTモジュール群の電流遮断時における各ヒートシンクと大地の間に印加される電圧に差異はない。   In the positive heat sink, the first neutral point heat sink, the second neutral point heat sink, and the negative IGBT heat sink, there is no difference in the voltage applied between each heat sink and the ground when the current of the IGBT module group is interrupted.

正側/負側ダイオードモジュール群の遮断状態においては、1直列目ダイオードモジュールのベース板とカソード主端子の間、2直列目ダイオードモジュールのベース板とアノード主端子の間に印加される電圧は、式[10]で表せる。   In the cutoff state of the positive side / negative side diode module group, the voltage applied between the base plate of the first series diode module and the cathode main terminal is between the base plate of the second series diode module and the anode main terminal, It can be expressed by equation [10].

ベース板とアノード/カソード主端子間の最大印加電圧
=Ep(En)/2 + ΔVd ・・・[10]
(但し、ΔVd:リカバリ動作による跳ね上がり電圧)
Maximum applied voltage between base plate and anode / cathode main terminal
= Ep (En) / 2 + ΔVd (10)
(However, ΔVd: Bounce voltage due to recovery operation)

また、正側/負側ダイオードモジュール群の遮断状態における各ダイオード用ヒートシンクと大地の間に印加される電圧は、式[11]で表せる。   In addition, the voltage applied between each diode heat sink and the ground in the cut-off state of the positive / negative diode module group can be expressed by Equation [11].

大地と各ダイオード用ヒートシンク間の印加電圧
=Ep(En)/2 + ΔVd + Erc ・・・[11]
Applied voltage between earth and heat sink for each diode
= Ep (En) / 2 + ΔVd + Erc (11)

特開2003−174782号公報JP 2003-174882 A 特開2002−171768号公報JP 2002-171768 A

各IGBTモジュールのベース板とコレクタ主端子及びエミッタ主端子との間の絶縁耐圧仕様を低減するためには、各ヒートシンクの電位をコレクタ主端子及びエミッタ主端子の電位に近づける必要があり、各ダイオードモジュールのベース板とアノード主端子及びカソード主端子との間の絶縁耐圧仕様を低減するためには、各ヒートシンクの電位をアノード主端子及びカソード主端子の電位に近づける必要がある。   In order to reduce the withstand voltage specification between the base plate of each IGBT module and the collector main terminal and emitter main terminal, it is necessary to bring the potential of each heat sink close to the potential of the collector main terminal and emitter main terminal. In order to reduce the withstand voltage specification between the base plate of the module and the anode main terminal and the cathode main terminal, it is necessary to bring the potential of each heat sink close to the potential of the anode main terminal and the cathode main terminal.

しかし、ヒートシンク電位を各主端子の電位に近づけると、大地とヒートシンクの間に電圧が印加されることになり、大地とヒートシンクの間に発生する浮遊容量によって、ヒートシンクから大地に漏れ電流が流れる。この漏れ電流は、大地電位を変動させる要因になり、大地とヒートシンクとの間に印加される電圧が大きくなるほど、ヒートシンクから大地に流れる漏れ電流も大きくなるため、大地の電位変動も大きくなる。   However, when the heat sink potential is brought close to the potential of each main terminal, a voltage is applied between the ground and the heat sink, and a leakage current flows from the heat sink to the ground due to stray capacitance generated between the ground and the heat sink. This leakage current becomes a factor that causes the ground potential to fluctuate. As the voltage applied between the ground and the heat sink increases, the leakage current flowing from the heat sink to the ground also increases, so that the potential fluctuation of the ground also increases.

従来の回路構成では、この大地の電位変動によって、電力変換装置に適用される各種基板や鉄鋼プラントに適用される他の機器に対し、誤動作等の悪影響を及ぼす問題があった。
本発明の課題は、ヒートシンクから大地に流れる漏れ電流を低減し、他の機器への悪影響を低減できる電力変換装置を提供することにある。
In the conventional circuit configuration, there has been a problem of adverse effects such as malfunctions on various substrates applied to the power converter and other devices applied to the steel plant due to the potential fluctuation of the ground.
The subject of this invention is providing the power converter device which can reduce the leakage current which flows into a ground from a heat sink, and can reduce the bad influence to other apparatuses.

前記課題を解決するために、本発明による電力変換装置は、電力変換直流主回路の正側直流電源の母線と中性点直流電源の母線の間と、中性点直流電源の母線と負側直流電源の母線の間と、電力変換装置の出力点と中性点直流電源との間に、各々2直列接続したヒートシンク電位固定用抵抗を設け、各々のヒートシンクの電位を本抵抗間の電位とした。   In order to solve the above-described problems, a power conversion device according to the present invention includes a power conversion DC main circuit between a positive-side DC power source bus and a neutral-point DC power source bus, and a neutral-point DC power source bus and a negative side. Two heat sink potential fixing resistors connected in series are provided between the bus of the DC power source and between the output point of the power converter and the neutral point DC power source, and the potential of each heat sink is set to the potential between the resistors. did.

本発明によれば、ヒートシンクと大地の間に印加される電圧を低減することによって、電力変換主回路から大地に流れる漏れ電流を低減することができ、電力変換装置に適用される各種基板や鉄鋼プラントに適用されるその他の機器に対する誤作動等の悪影響を低減できる。   According to the present invention, by reducing the voltage applied between the heat sink and the ground, the leakage current flowing from the power conversion main circuit to the ground can be reduced, and various substrates and steel applied to the power conversion device It is possible to reduce adverse effects such as malfunctions on other equipment applied to the plant.

本発明による第1実施形態の電力変換装置を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the power converter of a 1st embodiment by the present invention. 逆変換器(図1参照)を詳細に示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows an inverse converter (refer FIG. 1) in detail. 本発明による第2実施形態の電力変換装置を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the power converter device of 2nd Embodiment by this invention. 逆変換器(図3参照)を詳細に示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows an inverse converter (refer FIG. 3) in detail.

本発明の実施形態について、添付した各図面を用いて説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明による第1実施形態の電力変換装置1aを示す全体構成図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a power conversion device 1a according to a first embodiment of the present invention.

この電力変換装置1aでは、交流電圧を直流電圧に順変換する順変換器500と直流電圧を交流電圧に逆変換する逆変換器510の間の正側直流電源の母線Pと中性点直流電源の母線COMと負側直流電源の母線Nの間に、直流電圧Ep,Enの脈流を平滑化するための平滑コンデンサCp,Cnが各々接続される。   In this power conversion device 1a, the bus P of the positive side DC power source and the neutral point DC power source between the forward converter 500 that converts AC voltage into DC voltage and the inverse converter 510 that converts DC voltage back into AC voltage. Smoothing capacitors Cp and Cn for smoothing the pulsating flow of the DC voltages Ep and En are connected between the bus COM and the bus N of the negative side DC power source, respectively.

順変換器500は、主商用電源800から変圧器700を介して得られる交流電圧を直流電圧Ep,Enに変換し、平滑コンデンサCp,Cnを充放電することで、直流電圧Ep,Enを一定に保つように制御する。逆変換器510は、順変換器500が変換した直流電圧Ep,Enを、任意の周波数及び振幅を有する交流電圧へ変換し、交流電動機600へ電力を供給/回生することで、交流電動機600の速度を可変速制御する。また、中性点直流電源の母線COMは、高抵抗Rcを介して大地に接続される。   The forward converter 500 converts the AC voltage obtained from the main commercial power supply 800 through the transformer 700 into the DC voltages Ep and En, and charges and discharges the smoothing capacitors Cp and Cn, thereby making the DC voltages Ep and En constant. Control to keep on. The inverse converter 510 converts the DC voltages Ep and En converted by the forward converter 500 into an AC voltage having an arbitrary frequency and amplitude, and supplies / regenerates power to the AC motor 600, whereby the AC motor 600 Variable speed control. Further, the bus COM of the neutral point DC power source is connected to the ground via a high resistance Rc.

図2は、逆変換器510(図1参照)を詳細に示す回路構成図である。順変換器500(図1参照)は、逆変換器510と同様の回路構成でよい。   FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing in detail the inverse converter 510 (see FIG. 1). The forward converter 500 (see FIG. 1) may have a circuit configuration similar to that of the inverse converter 510.

本発明による第1実施形態の逆変換器510は、電力変換主回路(311,312,313)で構成される。電力変換主回路(311,312,313)は、3相交流のU相、V相、W相の電力変換主回路であり、その内部構成は同一である。   The inverse converter 510 according to the first embodiment of the present invention includes power conversion main circuits (311, 312, 313). The power conversion main circuits (311, 312, 313) are U-phase, V-phase, and W-phase power conversion main circuits of three-phase alternating current, and have the same internal configuration.

U相電力変換主回路311において、正側直流電源の母線Pと負側直流電源の母線Nの間に、2直列接続のU相正側IGBTモジュール群QP1,QP2とU相第1中性点IGBTモジュール群QPC1,QPC2とU相第2中性点IGBTモジュール群QNC1,QNC2とU相負側IGBTモジュール群QN1,QN2が接続されている。   In U-phase power conversion main circuit 311, two series-connected U-phase positive IGBT module groups QP 1 and QP 2 and U-phase first neutral point are connected between bus P of positive DC power supply and bus N of negative DC power supply. IGBT module group QPC1, QPC2, U-phase second neutral IGBT module group QNC1, QNC2 and U-phase negative IGBT module group QN1, QN2 are connected.

このうち、2直列目正側IGBTモジュールQP2と1直列目第1中性点IGBTモジュールQPC1の接続点と中性点直流電源の母線COMの間に、1個のダイオードモジュール内に2個の正側ダイオードDCP1,DCP2が実装されるU相正側ダイオードモジュールDCPが接続されている。また、2直列目第2中性点IGBTモジュールQNC2と1直列目負側IGBTモジュールQN1の接続点と中性点直流電源の母線COMの間に、1個のダイオードモジュール内に2個の負側ダイオードDCN1,DCN2が実装されるU相負側ダイオードモジュールDCNが接続されている。   Of these, two positive diodes in one diode module are connected between the connection point of the second series positive IGBT module QP2 and the first series first neutral IGBT module QPC1 and the bus COM of the neutral DC power supply. A U-phase positive diode module DCP on which the side diodes DCP1 and DCP2 are mounted is connected. Between the connection point of the second series second neutral point IGBT module QNC2 and the first series negative side IGBT module QN1 and the bus COM of the neutral point DC power supply, two negative sides in one diode module A U-phase negative diode module DCN on which the diodes DCN1 and DCN2 are mounted is connected.

また、U相正側IGBTモジュール群QP1,QP2はU相正側ヒートシンク211に実装され、U相第1中性点IGBTモジュール群QPC1,QPC2はU相第1中性点ヒートシンク212に実装される。また、U相第2中性点IGBTモジュール群QNC1,QNC2はU相第2中性点ヒートシンク213に実装され、U相負側IGBTモジュール群QN1,QN2はU相負側ヒートシンク214に実装される。また、U相正側ダイオードモジュールDCPとU相負側ダイオードモジュールDCNはダイオード用ヒートシンク215に実装される。   The U-phase positive IGBT module groups QP1 and QP2 are mounted on the U-phase positive heat sink 211, and the U-phase first neutral IGBT module groups QPC1 and QPC2 are mounted on the U-phase first neutral heat sink 212. . The U-phase second neutral IGBT module group QNC1 and QNC2 are mounted on the U-phase second neutral heat sink 213, and the U-phase negative IGBT module group QN1 and QN2 are mounted on the U-phase negative heat sink 214. . The U-phase positive diode module DCP and the U-phase negative diode module DCN are mounted on the diode heat sink 215.

また、正側直流電源の母線Pと中性点直流電源の母線COMの間に2直列接続のU相正側ヒートシンク電位固定用抵抗RHV11,RHV12が接続され、中性点直流電源の母線COMと負側直流電源の母線Nの間に2直列接続のU相負側ヒートシンク電位固定用抵抗RHV13,RHV14が接続される。また、2直列目第1中性点IGBTモジュールQPC2と1直列目第2中性点IGBTモジュールQNC1の接続点であるU相電力変換主回路311の出力点UACと中性点直流電源の母線COMの間にU相中性点ヒートシンク電位固定用抵抗RHV15,RHV16が接続される。   Two series-connected U-phase positive heat sink potential fixing resistors RHV11 and RHV12 are connected between the bus P of the positive DC power supply and the bus COM of the neutral DC power supply, and the bus COM of the neutral DC power supply and Two series-connected U-phase negative heat sink potential fixing resistors RHV13 and RHV14 are connected between the buses N of the negative DC power supply. Further, the output point UAC of the U-phase power conversion main circuit 311 which is a connection point between the second series first neutral point IGBT module QPC2 and the first series second neutral point IGBT module QNC1, and the bus COM of the neutral point DC power source Are connected to resistances RHV15 and RHV16 for fixing the U-phase neutral point heat sink potential.

U相正側ヒートシンク211は、U相正側ヒートシンク電位固定用抵抗RHV11,RHV12の接続点と接続される。U相第1中性点ヒートシンク212とU相第2中性点ヒートシンク213は、U相中性点ヒートシンク電位固定用抵抗RHV15,RHV16の接続点と各々接続される。U相負側ヒートシンク214は、U相負側ヒートシンク電位固定用抵抗RHV13,RHV14の接続点と接続される。ダイオード用ヒートシンク215は中性点直流電源の母線COMに接続される。   The U-phase positive heat sink 211 is connected to the connection point of the U-phase positive heat sink potential fixing resistors RHV11 and RHV12. The U-phase first neutral point heat sink 212 and the U-phase second neutral point heat sink 213 are connected to the connection points of the U-phase neutral point heat sink potential fixing resistors RHV15 and RHV16, respectively. The U-phase negative heat sink 214 is connected to the connection point of the U-phase negative heat sink potential fixing resistors RHV13 and RHV14. The diode heat sink 215 is connected to the bus COM of the neutral DC power supply.

ここで、ヒートシンク電位固定用抵抗RHV11,RHV12,RHV13,RHV14,RHV15,RHV16は、この例では、すべて同じ抵抗値とし、正側直流電源と中性点直流電源の間の直流電圧Epと中性点直流電源と負側直流電源の直流電圧Enは、通常回路動作中において、(Ep)=(En)である。   Here, the heat sink potential fixing resistors RHV11, RHV12, RHV13, RHV14, RHV15, and RHV16 all have the same resistance value, and the DC voltage Ep between the positive side DC power source and the neutral point DC power source and the neutral point The DC voltage En of the point DC power supply and the negative DC power supply is (Ep) = (En) during normal circuit operation.

本実施形態のU相正側ヒートシンク211の電位及び各正側IGBTモジュールQP1,QP2のベース板QP1B,QP2Bの電位は、正側IGBTモジュールQP1,QP2のスイッチングに関係なく、正側ヒートシンク電位固定用抵抗RHV11,RHV12間の接続点電位に固定されるため、中性点直流電源に接続される高抵抗Rcの両端電圧をErcとすると、大地とU相正側ヒートシンク211の間に印加される電圧は、式[12]で表せる。   The potential of the U-phase positive heat sink 211 and the potential of the base plates QP1B and QP2B of the positive IGBT modules QP1 and QP2 in this embodiment are for fixing the positive heat sink potential regardless of the switching of the positive IGBT modules QP1 and QP2. Since the voltage at both ends of the high resistance Rc connected to the neutral DC power supply is Erc because it is fixed at the connection point potential between the resistors RHV11 and RHV12, the voltage applied between the ground and the U-phase positive heat sink 211 Can be expressed by equation [12].

大地とU相正側ヒートシンク211の間の印加電圧
= Ep/2 + Erc ・・・[12]
Applied voltage between earth and U-phase positive heat sink 211
= Ep / 2 + Erc ... [12]

また、正側IGBTモジュールQP1,QP2の導通状態において、各正側IGBTモジュールQP1,QP2のコレクタ主端子及びエミッタ主端子の電位は正側直流電源の母線Pの電位となるため、各正側IGBTモジュールQP1,QP2のベース板QP1B,QP2B−コレクタ/エミッタ主端子の間に印加される各々の電圧は、式[13]で表せる。   Further, in the conductive state of the positive side IGBT modules QP1 and QP2, the potentials of the collector main terminals and the emitter main terminals of the positive side IGBT modules QP1 and QP2 are the potentials of the bus P of the positive side DC power supply. Respective voltages applied between the base plates QP1B and QP2B of the modules QP1 and QP2 and the collector / emitter main terminal can be expressed by Expression [13].

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧(導通時)
= Ep/2 ・・・[13]
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal (when conducting)
= Ep / 2 [13]

また、電流遮断時における各正側IGBTモジュールQP1,QP2のベース板QP1B,QP2B−コレクタ/エミッタ主端子の間に印加される電圧は、式[14]で表せる。   Further, the voltage applied between the base plates QP1B and QP2B of the positive-side IGBT modules QP1 and QP2 and the collector / emitter main terminal at the time of current interruption can be expressed by Expression [14].

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧(遮断時)
= Ep/2+ΔVi ・・・[14]
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal (when cut off)
= Ep / 2 + ΔVi [14]

一方、U相負側ヒートシンク214の電位及び各負側IGBTモジュールQN1,QN2のベース板QN1B,QN2Bの電位は、負側IGBTモジュールQN1,QN2のスイッチングに関係なく、負側ヒートシンク電位固定用抵抗RHV13,RHV14間の接続点電位に固定されるため、大地とU相負側ヒートシンク214の間に印加される電圧は、式[15]で表せる。   On the other hand, the potential of the U-phase negative heat sink 214 and the potential of the base plates QN1B and QN2B of the negative IGBT modules QN1 and QN2 are independent of the switching of the negative IGBT modules QN1 and QN2, and the negative heat sink potential fixing resistor RHV13. The voltage applied between the ground and the U-phase negative heat sink 214 can be expressed by Equation [15].

大地とU相負側ヒートシンク214の間の印加電圧
= En/2 + Erc ・・・[15]
Applied voltage between earth and U-phase negative heat sink 214
= En / 2 + Erc ... [15]

負側IGBTモジュールQN1,QN2の導通状態においては、各負側IGBTモジュールQN1,QN2のコレクタ主端子及びエミッタ主端子の電位は、負側直流電源の母線Nの電位となるため、各負側IGBTモジュールQN1,QN2のベース板QN1B,QN2B−コレクタ/エミッタ主端子の間に印加される各々の電圧は、式[16]で表せる。   In the conductive state of the negative side IGBT modules QN1, QN2, the potential of the collector main terminal and the emitter main terminal of each negative side IGBT module QN1, QN2 is the potential of the bus N of the negative side DC power supply. Each voltage applied between the base plates QN1B and QN2B of the modules QN1 and QN2 and the collector / emitter main terminal can be expressed by the equation [16].

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧(導通時)
= En/2 ・・・[16]
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal (when conducting)
= En / 2 [16]

また、電流遮断時における各負側IGBTモジュールQN1,QN2のベース板QN1B,QN2Bとコレクタ主端子及びエミッタ主端子の間に印加される電圧は、式[17]で表せる。   Further, the voltage applied between the base plates QN1B and QN2B of the negative side IGBT modules QN1 and QN2 and the collector main terminal and the emitter main terminal when the current is interrupted can be expressed by Expression [17].

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧(遮断時)
= En/2+ΔVi ・・・[17]
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal (when cut off)
= En / 2 + ΔVi [17]

ダイオード用ヒートシンク215の電位と各U相正側ダイオードモジュールDCP,U相負側ダイオードモジュールDCNのベース板DCPB,DCNBの電位は、ダイオードモジュール(DCP1,DCP2,DCN1,DCN2)の導通・遮断に関係なく、中性点直流電源の母線COMの電位と同電位に固定されるため、大地とダイオード用ヒートシンク215の間に印加される電圧は、式[18]で表せる。   The potential of the heat sink 215 for the diode and the potentials of the base plates DCPB and DCNB of each U-phase positive diode module DCP and U-phase negative diode module DCN are related to the conduction / cutoff of the diode modules (DCP1, DCP2, DCN1, DCN2). The voltage applied between the ground and the diode heat sink 215 can be expressed by Equation [18] because the voltage is fixed to the same potential as the bus COM of the neutral DC power supply.

大地とダイオード用ヒートシンク215の間の印加電圧
= Erc ・・・[18]
Applied voltage between earth and diode heat sink 215
= Erc ... [18]

U相正側ダイオードDCP1,DCP2またはU相負側ダイオードDCN1,DCN2の導通状態においては、各アノード主端子及びカソード主端子は中性点直流電源の母線COMの電位となるため、U相正側ダイオードモジュールDCPのべース板及びU相負側ダイオードモジュールDCNのベース板と各アノード主端子及びカソード主端子の間に電圧は印加されない。   In the conductive state of the U-phase positive side diodes DCP1 and DCP2 or the U-phase negative side diodes DCN1 and DCN2, the anode main terminal and the cathode main terminal are at the potential of the bus COM of the neutral DC power supply. No voltage is applied between the base plate of the diode module DCP and the base plate of the U-phase negative side diode module DCN, and the respective anode main terminals and cathode main terminals.

電流遮断時におけるU相正側ダイオードモジュールDCPまたはU相負側ダイオードモジュールDCNのベース板とアノード主端子及びカソード主端子間に印加される電圧は、式[19]で表せる。   The voltage applied between the base plate of the U-phase positive diode module DCP or the U-phase negative diode module DCN, the anode main terminal, and the cathode main terminal when the current is interrupted can be expressed by Equation [19].

ベース板とアノード/カソード主端子間の印加電圧(遮断時)
=Ep(En)/2 + ΔVd ・・・[19]
(但し、ΔVd:リカバリ動作による跳ね上がり電圧)
Applied voltage between base plate and anode / cathode main terminal (when cut off)
= Ep (En) / 2 + ΔVd (19)
(However, ΔVd: Bounce voltage due to recovery operation)

U相第1中性点ヒートシンク212の電位及び各第1中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2のベース板QPC1B,QPC2Bの電位と、U相第2中性点ヒートシンク213の電位及び各第2中性点IGBTモジュールQNC1,QNC2のベース板QNC1B,QNC2Bの電位は、中性点ヒートシンク電位固定用抵抗RHV15,RHV16間の接続点電位となり、U相電力変換主回路311の出力点UACの電位によって変動する。   The potential of the U-phase first neutral point heat sink 212 and the potentials of the base plates QPC1B and QPC2B of the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2, the potential of the U-phase second neutral point heat sink 213 and each second neutral point The potentials of the base plates QNC1B and QNC2B of the point IGBT modules QNC1 and QNC2 become the connection point potential between the neutral point heat sink potential fixing resistors RHV15 and RHV16, and vary depending on the potential of the output point UAC of the U-phase power conversion main circuit 311. .

正側IGBTモジュールQP1,QP2と第1中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2が導通状態である場合、出力点UACは正側直流電源の母線Pの電位と同電位になり、中性点ヒートシンク電位固定用抵抗RHV15,RHV16間の接続点電位はEp/2となる。このため、大地とU相第1中性点ヒートシンク212及び各第1の中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2のベース板QPC1B,QPC2Bに印加される電圧と、大地とU相第2中性点ヒートシンク213及び各第2の中性点IGBTモジュールQNC1,QNC2のベース板QNC1B,QNC2Bに印加される電圧は、式[20]で表せる。   When the positive side IGBT modules QP1 and QP2 and the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2 are in a conductive state, the output point UAC becomes the same potential as the potential of the bus P of the positive side DC power supply, and the neutral point heat sink potential is fixed. The connection point potential between the resistors RHV15 and RHV16 is Ep / 2. For this reason, the voltage applied to the base plate QPC1B, QPC2B of each of the ground and U phase first neutral point heat sink 212 and the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2 and the ground and U phase second neutral point heat sink. The voltage applied to the base plates QNC1B and QNC2B of the second neutral point IGBT modules QNC1 and QNC2 can be expressed by Equation [20].

大地とU相第1中性点ヒートシンク212/U相第2中性点ヒートシンク213の間の印加電圧
= Ep/2 + Erc ・・・[20]
(正側IGBTモジュールと第1中性点IGBTモジュールが導通状態の場合)
Applied voltage between ground and U-phase first neutral point heat sink 212 / U-phase second neutral point heat sink 213
= Ep / 2 + Erc ... [20]
(When the primary IGBT module and the first neutral IGBT module are in conduction)

このとき、各第1中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2のベース板QPC1B,QPC2Bと各コレクタ主端子及びエミッタ主端子の間と、1直列目第2中性点IGBTモジュールQNC1のベース板QNC1Bとコレクタ主端子の間と2直列目第2中性点IGBTモジュールQNC2のベース板QNC2Bとエミッタ主端子の間に印加される各々の電圧は、式[21]で表せる。   At this time, between the base plates QPC1B and QPC2B of the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2 and the collector main terminals and emitter main terminals, and the base plate QNC1B and the collector of the first series second neutral point IGBT module QNC1 Each voltage applied between the main terminals and between the base plate QNC2B of the second series second neutral point IGBT module QNC2 and the emitter main terminal can be expressed by Expression [21].

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧= Ep/2 ・・・[21]
(正側IGBTモジュールと第1中性点IGBTモジュールが導通状態の場合)
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal = Ep / 2 [21]
(When the primary IGBT module and the first neutral IGBT module are in conduction)

また、1直列目第2中性点IGBTモジュールQNC1のベース板QNC1Bとエミッタ主端子の間と2直列目第2中性点IGBTモジュールQNC2のベース板QNC2Bとコレクタ主端子の間には、電圧は印加されない。   The voltage between the base plate QNC1B and the emitter main terminal of the first series second neutral point IGBT module QNC1 and between the base plate QNC2B and the collector main terminal of the second series second neutral point IGBT module QNC2 is Not applied.

第1中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2と第2中性点IGBTモジュールQNC1,QNC2が導通状態である場合は、出力点UACは中性点直流電源の母線COMの電位と同電位になり、中性点ヒートシンク電位固定用抵抗RHV15,RHV16間の接続点電位も中性点直流電源の母線COMの電位となる。このため、大地とU相第1中性点ヒートシンク212及び各第1の中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2のベース板QPC1B,QPC2Bに印加される電圧と、大地とU相第2中性点ヒートシンク213及び各第2の中性点IGBTモジュールQNC1,QNC2のベース板QNC1B,QNC2Bに印加される電圧は、式[22]で表せる。   When the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2 and the second neutral point IGBT modules QNC1 and QNC2 are in the conductive state, the output point UAC becomes the same potential as the potential of the bus COM of the neutral point DC power source. The connection point potential between the neutral point heat sink potential fixing resistors RHV15 and RHV16 is also the potential of the bus COM of the neutral DC power supply. For this reason, the voltage applied to the base plate QPC1B, QPC2B of each of the ground and U phase first neutral point heat sink 212 and the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2 and the ground and U phase second neutral point heat sink. The voltage applied to the base plates QNC1B and QNC2B of the second neutral point IGBT modules QNC1 and QNC2 can be expressed by Equation [22].

大地とU相第1中性点ヒートシンク212/U相第2中性点ヒートシンク213の間の印加電圧
= Erc ・・・[22]
(第1/第2の中性点IGBTモジュールが導通状態の場合)
Applied voltage between ground and U-phase first neutral point heat sink 212 / U-phase second neutral point heat sink 213
= Erc ... [22]
(When the first / second neutral IGBT module is in conduction)

このとき、各第1中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2のベース板QPC1B,QPC2Bと各コレクタ主端子及びエミッタ主端子の間と、各第2中性点IGBTモジュールQNC1,QNC2のベース板QNC1B,QNC2Bと各コレクタ主端子及びエミッタ主端子の間に電圧は印加されない。   At this time, between the base plates QPC1B and QPC2B of the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2 and the collector main terminals and emitter main terminals, and the base plates QNC1B and QNC2B of the second neutral point IGBT modules QNC1 and QNC2 No voltage is applied between each collector main terminal and emitter main terminal.

一方、第2中性点IGBTモジュールQNC1,QNC2と負側IGBTモジュールQN1,QN2が導通状態である場合は、出力点UACは負側直流電源の母線Nの電位と同電位になり、中性点ヒートシンク電位固定用抵抗RHV15,RHV16間の接続点電位はEn/2となる。このため、大地とU相第1中性点ヒートシンク212及び各第1の中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2のベース板QPC1B,QPC2Bに印加される電圧と、大地とU相第2中性点ヒートシンク213及び各第2の中性点IGBTモジュール群QNC1,QNC2のベース板QNC1B,QNC2Bに印加される電圧は、式[23]で表せる。   On the other hand, when the second neutral point IGBT modules QNC1 and QNC2 and the negative side IGBT modules QN1 and QN2 are in a conductive state, the output point UAC becomes the same potential as the potential of the bus line N of the negative side DC power supply. The connection point potential between the heat sink potential fixing resistors RHV15 and RHV16 is En / 2. For this reason, the voltage applied to the base plate QPC1B, QPC2B of each of the ground and U phase first neutral point heat sink 212 and the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2 and the ground and U phase second neutral point heat sink. The voltage applied to the base plates QNC1B and QNC2B of the second neutral point IGBT module group QNC1 and QNC2 can be expressed by Equation [23].

大地とU相第1中性点ヒートシンク212/U相第2中性点ヒートシンク213の間の印加電圧
= En/2 + Erc・・[23]
(第2の中性点IGBTモジュール群と負側IGBTモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between ground and U-phase first neutral point heat sink 212 / U-phase second neutral point heat sink 213
= En / 2 + Erc ··· [23]
(When the second neutral point IGBT module group and the negative IGBT module group are in conduction)

このとき、1直列目第1中性点IGBTモジュールQPC1のベース板QPC1Bとコレクタ主端子の間と、2直列目第1中性点IGBTモジュールQPC2のベース板QPC2Bとエミッタ主端子の間と、各第2中性点IGBTモジュールQNC1,QNC2のベース板QNC1B,QNC2Bと各コレクタ主端子及びエミッタ主端子の間に印加される各々の電圧は、式[24]で表せる。   At this time, between the base plate QPC1B of the first series first neutral point IGBT module QPC1 and the collector main terminal, between the base plate QPC2B of the second series first neutral point IGBT module QPC2 and the emitter main terminal, Each voltage applied between the base plates QNC1B and QNC2B of the second neutral point IGBT modules QNC1 and QNC2 and each collector main terminal and emitter main terminal can be expressed by Expression [24].

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧= En/2 ・・・[24]
(第2の中性点IGBTモジュール群と負側IGBTモジュール群が導通状態の場合)
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal = En / 2 (24)
(When the second neutral point IGBT module group and the negative IGBT module group are in conduction)

また、1直列目第1中性点IGBTモジュールQPC1のベース板QPC1Bとエミッタ主端子の間と2直列目第1中性点IGBTモジュールQPC2のベース板QPC2Bとコレクタ主端子の間には、電圧は印加されない。   The voltage between the base plate QPC1B and the emitter main terminal of the first series first neutral point IGBT module QPC1 and between the base plate QPC2B and the collector main terminal of the second series first neutral point IGBT module QPC2 is Not applied.

前記したとおり、本実施形態の電力変換装置1aは、従来の回路構成に対し、式[8] = 式[14]となるため、正側IGBTモジュールQP1,QP2の絶縁耐圧仕様を変更することなく、大地と正側ヒートシンクの間に印加される電圧を、式[25]及び式[26]に示すとおり低減できる。   As described above, since the power conversion device 1a of the present embodiment has the formula [8] = the formula [14] with respect to the conventional circuit configuration, the dielectric strength specifications of the positive side IGBT modules QP1 and QP2 are not changed. The voltage applied between the ground and the positive heat sink can be reduced as shown in equations [25] and [26].

(従来の回路構成) − (本実施形態の回路構成)
= 式[1] − 式[12]
= Ep/2 ・・・[25]
(正側IGBTモジュールQP1,QP2が導通状態の場合)
(Conventional circuit configuration) − (Circuit configuration of this embodiment)
= Formula [1]-Formula [12]
= Ep / 2 [25]
(When the positive side IGBT modules QP1 and QP2 are in conduction)

(従来の回路構成) − (本実施形態の回路構成)
=式[9] − 式[12]
= ΔVi ・・・[26]
(正側IGBTモジュールQP1,QP2が遮断状態の場合)
(Conventional circuit configuration) − (Circuit configuration of this embodiment)
= Equation [9] −Equation [12]
= ΔVi ・ ・ ・ [26]
(When primary IGBT modules QP1 and QP2 are shut off)

また、従来の回路構成に対し、本実施形態の電力変換装置1aは、式[8] = 式[17]であるから、負側IGBTモジュールQN1,QN2の絶縁耐圧仕様を変更することなく、大地と負側ヒートシンクの間に印加される電圧を、式[27]及び式[28]に示すとおり低減できる。   Further, since the power conversion device 1a of the present embodiment has the formula [8] = the formula [17] with respect to the conventional circuit configuration, the ground breakdown voltage specification of the negative side IGBT modules QN1 and QN2 is not changed. The voltage applied between the negative heat sink and the negative heat sink can be reduced as shown in equations [27] and [28].

(従来の回路構成) − (本実施形態の回路構成)
= 式[6] − 式[15]
= En/2 ・・・[27]
(負側IGBTモジュールQN1,QN2が導通状態の場合)
(Conventional circuit configuration) − (Circuit configuration of this embodiment)
= Formula [6]-Formula [15]
= En / 2 [27]
(When negative side IGBT modules QN1 and QN2 are conducting)

(従来の回路構成) − (本実施形態の回路構成)
= 式[9] − 式[15]
= ΔVi ・・・[28]
(負側IGBTモジュールQN1,QN2が遮断状態の場合)
(Conventional circuit configuration) − (Circuit configuration of this embodiment)
= Formula [9]-Formula [15]
= ΔVi ・ ・ ・ [28]
(When negative-side IGBT modules QN1 and QN2 are off)

従来の回路構成に対し、本実施形態の電力変換装置1aは、式[10] = 式[19]であるから、正側/負側ダイオードモジュール(DCP1,DCP2,DCN1,DCN2)の絶縁耐圧仕様を変更することなく、大地とダイオード用ヒートシンクの間に印加される電圧を、式[29]に示すとおり低減できる。   In contrast to the conventional circuit configuration, the power conversion device 1a of the present embodiment has the expression [10] = expression [19], and therefore, the withstand voltage specifications of the positive / negative diode modules (DCP1, DCP2, DCN1, DCN2) Without changing the voltage, the voltage applied between the ground and the heat sink for the diode can be reduced as shown in the equation [29].

(従来の回路構成) − (本実施形態の回路構成)
= 式[11] − 式[18]
= Ep(En)/2 +ΔVd ・・・[29]
(正側/負側ダイオードモジュール(DCP1,DCP2,DCN1,DCN2)が遮断状態の場合)
(Conventional circuit configuration) − (Circuit configuration of this embodiment)
= Formula [11]-Formula [18]
= Ep (En) / 2 + ΔVd [29]
(When positive / negative side diode modules (DCP1, DCP2, DCN1, DCN2) are cut off)

このとき、正側/負側ダイオードモジュール(DCP1,DCP2,DCN1,DCN2)が導通状態の場合は、式[7] = 式[18]となるため、従来の回路構成と本実施形態の回路構成では差異はない。   At this time, when the positive side / negative side diode modules (DCP1, DCP2, DCN1, DCN2) are in a conductive state, Equation [7] = Equation [18] is satisfied, so that the conventional circuit configuration and the circuit configuration of the present embodiment Then there is no difference.

一方、第1の中性点IGBTモジュールQPC1,QPC2と第2の中性点IGBTモジュールQNC1,QNC2の絶縁耐圧仕様において、従来の回路構成に対し、本実施形態の回路構成では、式[30]に示すとおり、その絶縁耐圧仕様を低減できる。   On the other hand, in the dielectric strength specifications of the first neutral point IGBT modules QPC1 and QPC2 and the second neutral point IGBT modules QNC1 and QNC2, the circuit configuration of the present embodiment is different from the conventional circuit configuration in the expression [30]. As shown in FIG. 3, the dielectric strength specification can be reduced.

(従来の回路構成)−(本実施形態の回路構成)
=式[8]−式[21](または式[24])
=ΔVi ・・・[30]
(第1/第2の中性点IGBTモジュール(QPC1,QPC2,QNC1,QNC2)の場合)
(Conventional circuit configuration)-(Circuit configuration of this embodiment)
= Formula [8] -Formula [21] (or Formula [24])
= ΔVi [30]
(First and second neutral IGBT modules (QPC1, QPC2, QNC1, QNC2))

また、従来の回路構成に対し、本実施形態の回路構成では、大地とU相第1中性点ヒートシンク212及びU相第2中性点ヒートシンク213の間に印加される電圧を式[31]または式[32],式[33]または式[34]に示すとおり低減できる。   Further, in the circuit configuration of the present embodiment, the voltage applied between the ground and the U-phase first neutral point heat sink 212 and the U-phase second neutral point heat sink 213 is expressed by the equation [31]. Or it can reduce as shown in Formula [32], Formula [33], or Formula [34].

(従来の回路構成)−(本実施形態の回路構成)
=式[2]−式[20](または式[23])
=En(Ep)/2・・[31]
(Conventional circuit configuration)-(Circuit configuration of this embodiment)
= Formula [2] -Formula [20] (or Formula [23])
= En (Ep) / 2 ... [31]

(従来の回路構成)−(本実施形態の回路構成)
=式[9]−式[20](または式[23])
=ΔVi ・・・[32]
(U相第1中性点ヒートシンク212/U相第2中性点ヒートシンク213の場合)
(Conventional circuit configuration)-(Circuit configuration of this embodiment)
= Formula [9] -Formula [20] (or Formula [23])
= ΔVi [32]
(U-phase first neutral point heat sink 212 / U-phase second neutral point heat sink 213)

したがって、前記したように、本実施形態の回路構成は、従来の回路構成に対し、各IGBTモジュールの絶縁耐圧仕様を変更せずに、各ヒートシンクと大地の間に印加される電圧を低減することができるため、各ヒートシンクから大地に流れる漏れ電流を低減することができ、大地の電位変動を低減することができる。また、ヒートシンク電位固定用抵抗RHV11,RHV12,RHV13,RHV14は、保守作業などの際に、平滑コンデンサCp,Cnの放電用抵抗としても適用できる。   Therefore, as described above, the circuit configuration of this embodiment reduces the voltage applied between each heat sink and the ground without changing the dielectric strength specification of each IGBT module compared to the conventional circuit configuration. Therefore, the leakage current flowing from each heat sink to the ground can be reduced, and the potential fluctuation of the ground can be reduced. Further, the heat sink potential fixing resistors RHV11, RHV12, RHV13, and RHV14 can be applied as discharge resistors for the smoothing capacitors Cp and Cn during maintenance work.

<第2実施形態>
本発明による第2実施形態について説明する。
図3は、本発明による第2実施形態の電力変換装置1bを示す全体構成図である。
<Second Embodiment>
A second embodiment according to the present invention will be described.
FIG. 3 is an overall configuration diagram showing a power conversion device 1b according to the second embodiment of the present invention.

交流電圧を直流電圧に順変換する順変換器400と直流電圧を交流電圧に逆変換する逆変換器410の間の正側直流電源の母線Pと負側直流電源の母線Nの間に、直流電圧Edcの脈流を平滑化するための平滑コンデンサCdcが接続されている。順変換器400は、主商用電源800から変圧器700を介して得られる交流電圧を直流電圧Edcに変換し、平滑コンデンサCdcを充放電することで、直流電圧Edcを一定に保つように制御する。逆変換器410は、順変換器400が変換した直流電圧Edcを任意周波数・振幅の交流電圧へ変換し、交流電動機600へ電力を供給/回生することで、交流電動機600の速度を可変速制御する。また、正側直流電源の母線Pは高抵抗Rpを介し、大地と接続され、負側直流電源の母線Nは高抵抗Rnを介し、大地と接続される。   Between the forward converter 400 that converts the AC voltage into a DC voltage and the inverter 410 that converts the DC voltage back into an AC voltage, there is a direct current between the bus P of the positive DC power supply and the bus N of the negative DC power supply. A smoothing capacitor Cdc for smoothing the pulsating flow of the voltage Edc is connected. The forward converter 400 converts the AC voltage obtained from the main commercial power supply 800 through the transformer 700 into the DC voltage Edc, and controls the DC voltage Edc to be kept constant by charging and discharging the smoothing capacitor Cdc. . The reverse converter 410 converts the DC voltage Edc converted by the forward converter 400 into an AC voltage having an arbitrary frequency / amplitude, and supplies / regenerates power to the AC motor 600 so that the speed of the AC motor 600 can be controlled at a variable speed. To do. The bus P of the positive side DC power supply is connected to the ground via a high resistance Rp, and the bus N of the negative side DC power supply is connected to the ground via a high resistance Rn.

図4は、逆変換器410(図3参照)を詳細に示す回路構成図である。順変換器400(図1参照)は、逆変換器410と同様の回路構成でよい。   FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing the inverse converter 410 (see FIG. 3) in detail. The forward converter 400 (see FIG. 1) may have a circuit configuration similar to that of the inverse converter 410.

本発明による第2実施形態の逆変換器410は、電力変換主回路301,302,303で構成される。電力変換主回路301,302,303は、3相交流のU相、V相、W相の電力変換主回路であり、その内部構成は同一である。   The inverse converter 410 according to the second embodiment of the present invention includes power conversion main circuits 301, 302, and 303. The power conversion main circuits 301, 302, and 303 are three-phase alternating current U-phase, V-phase, and W-phase power conversion main circuits, and the internal configurations thereof are the same.

電力変換主回路301において、正側直流電源の母線Pと負側直流電源の母線Nの間に、2直列接続されたU相正側IGBTモジュール群QP11,QP12とU相負側IGBTモジュール群QN11,QN12が接続される。U相正側IGBTモジュール群QP11,QP12はU相正側ヒートシンク201に実装される。U相負側IGBTモジュール群QN11,QN12はU相負側ヒートシンク202に実装される。   In the power conversion main circuit 301, two U-phase positive IGBT module groups QP11 and QP12 and a U-phase negative IGBT module group QN11 are connected in series between the bus P of the positive DC power supply and the bus N of the negative DC power supply. , QN12 are connected. The U-phase positive side IGBT module group QP11, QP12 is mounted on the U-phase positive side heat sink 201. U-phase negative-side IGBT module groups QN 11 and QN 12 are mounted on U-phase negative-side heat sink 202.

正側直流電源の母線Pと負側直流電源の母線Nの間に2直列接続された高抵抗Rp,Rnが接続される。高抵抗Rp,Rnの接続点は大地と接続される。   Two high-resistances Rp and Rn connected in series are connected between the bus P of the positive DC power supply and the bus N of the negative DC power supply. The connection point of the high resistances Rp and Rn is connected to the ground.

ヒートシンク電位固定用抵抗RHV1,RHV2は正側直流電源の母線Pと負側直流電源の母線Nの間に接続される。U相正側ヒートシンク201とU相負側ヒートシンク202は、ヒートシンク電位固定用抵抗RHV1,RHV2の接続点と接続される。ここで、ヒートシンク電位固定用抵抗RHV1,RHV2は、本例では、すべて同じ抵抗値とする。   The heat sink potential fixing resistors RHV1 and RHV2 are connected between the bus P of the positive DC power supply and the bus N of the negative DC power supply. The U-phase positive heat sink 201 and the U-phase negative heat sink 202 are connected to the connection point of the heat sink potential fixing resistors RHV1 and RHV2. Here, the heat sink potential fixing resistors RHV1 and RHV2 all have the same resistance value in this example.

本実施形態の回路構成において、U相正側ヒートシンク201の電位及び各正側IGBTモジュールQP11,QP12のベース板QP11B,QP12Bの電位と、U相負側ヒートシンク202の電位及び各負側IGBTモジュールQN11,QN12のベース板QN11B,QN12Bの電位は、正側IGBTモジュールQP11,QP12及び負側IGBTモジュールQN11,QN12のスイッチングに関係なく、ヒートシンク電位固定用抵抗RHV1,RHV2の間の接続点電位に固定される。このため、仮想的に大地電位となり、大地とU相正側ヒートシンク201の間及び大地とU相負側ヒートシンク202の間に印加される電圧は、式[33]で表せる。   In the circuit configuration of the present embodiment, the potential of the U-phase positive heat sink 201 and the potential of the base plates QP11B and QP12B of the positive IGBT modules QP11 and QP12, the potential of the U-phase negative heat sink 202, and the negative IGBT module QN11. , QN12 base plate QN11B, QN12B potential is fixed to the junction point potential between the heat sink potential fixing resistors RHV1, RHV2 regardless of the switching of the positive side IGBT modules QP11, QP12 and the negative side IGBT modules QN11, QN12. The For this reason, it becomes a ground potential virtually, and the voltage applied between the ground and the U-phase positive heat sink 201 and between the ground and the U-phase negative heat sink 202 can be expressed by Equation [33].

大地とU相正側ヒートシンク201/U相負側ヒートシンク202間の印加電圧
= Edc/2
= 0 ・・・[33]
Applied voltage between ground and U-phase positive heat sink 201 / U-phase negative heat sink 202 = Edc / 2
= 0 [33]

また、正側IGBTモジュールQP11,QP12及び負側IGBTモジュールQN11,QN12の導通状態においては、各正側IGBTモジュールQP11,QP12のベース板QP11B,QP12B−コレクタ/エミッタ主端子の間と、各負側IGBTモジュールQN11,QN12のベース板QN11B,QN12B−コレクタ/エミッタ主端子の間とに印加される電圧は、式[34]で表せる。   Further, in the conductive state of the positive side IGBT modules QP11 and QP12 and the negative side IGBT modules QN11 and QN12, between the base plates QP11B and QP12B of the positive side IGBT modules QP11 and QP12 and the collector / emitter main terminals, and the negative side The voltage applied between the base plates QN11B and QN12B of the IGBT modules QN11 and QN12 and the collector / emitter main terminal can be expressed by Expression [34].

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧(導通時)
= Edc/2 ・・・[34]
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal (when conducting)
= Edc / 2 ... [34]

電流遮断時における各正側IGBTモジュールQP11,QP12のベース板QP11B,QP12Bとコレクタ主端子及びエミッタ主端子の間と、各負側IGBTモジュールQN1,QN12のベース板QN11B,QN12Bとコレクタ主端子及びエミッタ主端子の間とに印加される電圧は、IGBTモジュールが電流を遮断した時の跳ね上り電圧をΔViとすると、式[35]で表せる。
ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧(遮断時)
= Edc/2+ΔVi ・・・[35]
Between the base plates QP11B and QP12B of the positive IGBT modules QP11 and QP12 and the collector main terminals and emitter main terminals, and the base plates QN11B and QN12B of the negative IGBT modules QN1 and QN12 and the collector main terminals and emitters when the current is interrupted The voltage applied between the main terminals can be expressed by Equation [35], where ΔVi is the jumping voltage when the IGBT module cuts off the current.
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal (when cut off)
= Edc / 2 + ΔVi [35]

一方、従来の回路構成では、本発明による第2実施形態における回路構成とは異なり、ヒートシンク電位固定用抵抗RHV1,RHV2を適用せず、正側ヒートシンク上に実装される正側IGBTモジュール群の接続点と正側ヒートシンクを電気的に接続し、負側ヒートシンク上に実装される負側IGBTモジュール群の接続点と負側ヒートシンクを電気的に接続する回路構成である。   On the other hand, unlike the circuit configuration in the second embodiment according to the present invention, the conventional circuit configuration does not apply the heat sink potential fixing resistors RHV1 and RHV2, and connects the positive side IGBT module group mounted on the positive side heat sink. This is a circuit configuration in which the point and the positive heat sink are electrically connected, and the connection point of the negative IGBT module group mounted on the negative heat sink is electrically connected to the negative heat sink.

従来の回路構成において、大地と正側ヒートシンクとの間、大地と負側ヒートシンクとの間に印加される電圧は、正側直流電源と負側直流電源の間の直流電圧をEdcとすると、正側IGBTモジュール群及び負側IGBTモジュール群が導通状態の場合は式[36]で表せ、電流遮断時においては式[37]で表せる。   In the conventional circuit configuration, the voltage applied between the ground and the positive side heat sink and between the ground and the negative side heat sink is positive when the DC voltage between the positive side DC power source and the negative side DC power source is Edc. When the side IGBT module group and the negative IGBT module group are in the conductive state, it can be expressed by Equation [36], and when the current is interrupted, it can be expressed by Equation [37].

大地と正側/負側ヒートシンクの間の印加電圧(導通時)
=Edc/2 ・・・[36]
Applied voltage between ground and positive / negative heat sink (when conducting)
= Edc / 2 ... [36]

大地と正側/負側ヒートシンクの間の印加電圧(遮断時)
=Edc/2+ΔVi
=ΔVi ・・・[37]
Applied voltage between earth and positive / negative heat sink (when shut off)
= Edc / 2 + ΔVi
= ΔVi [37]

また、正側IGBTモジュール群及び負側IGBTモジュール群の導通状態においては、各正側IGBTモジュールのベース板−コレクタ/エミッタ主端子の間、各負側IGBTモジュールのベース板−コレクタ/エミッタ主端子の間に電圧は印加されない。   Further, in the conductive state of the positive side IGBT module group and the negative side IGBT module group, between the base plate-collector / emitter main terminals of each positive IGBT module, between the base plate-collector / emitter main terminals of each negative IGBT module. No voltage is applied during the period.

電流遮断時における各正側IGBTモジュールのベース板とコレクタ主端子及びエミッタ主端子の間と、各負側IGBTモジュールのベース板とコレクタ主端子及びエミッタ主端子の間に印加される電圧は、式[38]で表せる。   The voltage applied between the base plate of each positive IGBT module and the collector main terminal and emitter main terminal, and between the base plate of each negative IGBT module and the collector main terminal and emitter main terminal at the time of current interruption [38]

ベース板とコレクタ/エミッタ主端子間の印加電圧(遮断時)
= Edc/2+ΔVi ・・・[38]
Applied voltage between base plate and collector / emitter main terminal (when cut off)
= Edc / 2 + ΔVi [38]

前記したとおり、本実施形態の電力変換装置1bは、従来の回路構成に対し、式[35] = 式[38]となるため、正側IGBTモジュールQP11,QP12及び負側IGBTモジュールQN1,QN2の絶縁耐圧仕様を変更することなく、大地とU相正側ヒートシンク201の間に印加される電圧と大地とU相負側ヒートシンク202の間に印加される電圧を、式[39]に示すとおり低減できる。   As described above, since the power conversion device 1b of the present embodiment has the formula [35] = the formula [38] with respect to the conventional circuit configuration, the positive-side IGBT modules QP11 and QP12 and the negative-side IGBT modules QN1 and QN2 Without changing the withstand voltage specification, the voltage applied between the ground and the U-phase positive heat sink 201 and the voltage applied between the ground and the U-phase negative heat sink 202 are reduced as shown in Equation [39]. it can.

(従来の回路構成) − (本実施形態の回路構成)
=式[37] − 式[33]
= ΔVi ・・・[39]
(Conventional circuit configuration) − (Circuit configuration of this embodiment)
= Expression [37] −expression [33]
= ΔVi ・ ・ ・ [39]

したがって、前記したように、本実施形態の回路構成は、従来の回路構成に対し、各IGBTモジュールの絶縁耐圧仕様を変更せず、正側ヒートシンクと大地の間に印加される電圧と負側ヒートシンクと大地の間に印加される電圧を各々低減できるため、各ヒートシンクから大地に流れる漏れ電流を低減することができ、大地の電位変動を低減することができる。   Therefore, as described above, the circuit configuration of the present embodiment is different from the conventional circuit configuration in that the dielectric breakdown voltage specification of each IGBT module is not changed, and the voltage applied between the positive heat sink and the ground and the negative heat sink Since the voltage applied between each of the heat sinks and the ground can be reduced, the leakage current flowing from each heat sink to the ground can be reduced, and the potential fluctuation of the ground can be reduced.

ここで、従来の回路構成として、正側直流電源の母線と負側直流電源の母線の間に2直列接続された平滑コンデンサを接続し、その平滑コンデンサの接続点と正側ヒートシンク及び負側ヒートシンクを接続する回路構成もあるが、この従来回路構成に対し、本実施形態の回路構成を適用することにより、安価な電力変換装置1bを提供することができる。   Here, as a conventional circuit configuration, two smoothing capacitors connected in series are connected between the bus of the positive side DC power source and the bus of the negative side DC power source, the connection point of the smoothing capacitor, the positive side heat sink and the negative side heat sink. However, by applying the circuit configuration of the present embodiment to this conventional circuit configuration, an inexpensive power converter 1b can be provided.

500 順変換器(第1実施形態)
510 逆変換器(第1実施形態)
400 順変換器(第2実施形態)
410 逆変換器(第2実施形態)
600 交流電動機
700 変圧器
800 主商用電源
AC 交流回路

Ep,En,Edc 直流電圧
P 正側直流電源の母線
COM 中性点直流電源の母線
N 負側直流電源の母線
Cp,Cn,Cdc 平滑コンデンサ
QP1,QP2,QP11,QP12,QPC1,QPC2,QNC1,QNC2,QN1,QN2,QN11,QN12 電力変換素子モジュール
QP1B,QP2B,QP11B,QP12B,QPC1B,QPC2B,QNC1B,QNC2B,QN1B,QN2B,QN11B,QN1B2 電力変換素子モジュールのベース板
DCP1,DCP2,DCN1,DCN2 クランプダイオード
DCP,DCN クランプダイオードモジュール
DCPB,DCNB クランプダイオードモジュールのベース板
211,212,213,214,215 導電性部材(第1実施形態)
RHV11,RHV12,RHV13,RHV14,RHV15,RHV16 導電性部材電位固定用抵抗(第1実施形態)
311,312,313 電力変換主回路(第1実施形態)
UAC,VAC,WAC 電力変換主回路の出力点
201,202 導電性部材(第2実施形態)
301,302,303 電力変換主回路(第2実施形態)
Rp,Rn 接地抵抗(第2実施形態)
RHV1,RHV2 導電性部材電位固定用抵抗(第2実施形態)
Rc 接地抵抗(第1実施形態)
Erc 接地抵抗の両端電圧(第1実施形態)
500 forward converter (first embodiment)
510 Inverter (first embodiment)
400 forward converter (second embodiment)
410 Inverter (second embodiment)
600 AC motor 700 Transformer 800 Main commercial power supply AC AC circuit

Ep, En, Edc DC voltage P Positive side DC power supply bus COM Neutral DC power supply bus N Negative side DC power supply bus Cp, Cn, Cdc Smoothing capacitors QP1, QP2, QP11, QP12, QPC1, QPC2, QNC1, QNC2, QN1, QN2, QN11, QN12 Power conversion element module QP1B, QP2B, QP11B, QP12B, QPC1B, QPC2B, QNC1B, QNC2B, QN1B, QN2B, QN11B, QN1B2 Power conversion element module base plate DCP1, DCN2, DCN1, DCN2, Clamp diode DCP, DCN Clamp diode module DCPB, DCNB Clamp diode module base plate 211, 212, 213, 214, 215 Conductive member (first embodiment)
RHV11, RHV12, RHV13, RHV14, RHV15, RHV16 Conductive member potential fixing resistor (first embodiment)
311, 312, 313 Power conversion main circuit (first embodiment)
UAC, VAC, WAC Output points of power conversion main circuit 201, 202 Conductive member (second embodiment)
301, 302, 303 Power conversion main circuit (second embodiment)
Rp, Rn Grounding resistance (second embodiment)
RHV1, RHV2 Conductive member potential fixing resistor (second embodiment)
Rc Ground resistance (first embodiment)
Erc Voltage across ground resistance (first embodiment)

Claims (2)

直流電圧と任意の周波数及び振幅を有する交流電圧とを順変換及び逆変換する電力変換装置において、
前記交流電圧を前記直流電圧に順変換する順変換器と前記直流電圧を前記交流電圧に逆変換する逆変換器との間を並行に接続する正側直流電源の母線と負側直流電源の母線との間に、前記正側直流電源の母線電位を出力するための複数個の半導体素子を直列に接続した正側半導体素子群と、前記負側直流電源の母線電位を出力するための複数個の半導体素子を直列に接続した負側半導体素子群とが接続され、
前記正側半導体素子群と前記負側半導体素子群とは直列に接続され、
前記正側半導体素子群は正側導電性部材に取付けられ、
前記負側半導体素子群は負側導電性部材に取付けられ、
前記正側導電性部材及び前記負側導電性部材は、前記正側直流電源の母線と前記負側直流電源の母線との間に接続された2直列接続の第1の導電性部材電位固定用抵抗と第2の導電性部材電位固定用抵抗との間の電位に各々固定される、
ことを特徴とする電力変換装置。
In a power converter that forward-converts and reverse-converts a DC voltage and an AC voltage having an arbitrary frequency and amplitude,
A bus of a positive DC power source and a bus of a negative DC power source that connect in parallel between a forward converter that converts the AC voltage into the DC voltage and an inverter that converts the DC voltage back into the AC voltage. A positive-side semiconductor element group in which a plurality of semiconductor elements for outputting the bus potential of the positive-side DC power supply are connected in series, and a plurality of outputs for outputting the bus-line potential of the negative-side DC power supply And a negative semiconductor element group in which the semiconductor elements are connected in series,
The positive side semiconductor element group and the negative side semiconductor element group are connected in series,
The positive semiconductor element group is attached to a positive conductive member,
The negative semiconductor element group is attached to a negative conductive member,
The positive side conductive member and the negative side conductive member are two series connected first conductive member potential fixing pins connected between the positive side DC power source bus and the negative side DC power source bus. Fixed at a potential between the resistor and the second conductive member potential fixing resistor,
The power converter characterized by the above-mentioned.
直流電圧と任意の周波数及び振幅を有する交流電圧とを順変換及び逆変換する電力変換装置であって、
前記交流電圧を前記直流電圧に順変換する順変換器と前記直流電圧を前記交流電圧に逆変換する逆変換器との間を並行に接続する正側直流電源の母線、中性点直流電源の母線、及び負側直流電源の母線がそれぞれ設置され、
前記正側直流電源の母線と前記負側直流電源の母線との間に、前記正側直流電源の母線電位を出力するための複数個の半導体素子を直列に接続した正側半導体素子群と、前記中性点直流電源の母線電位を出力するための複数個の半導体素子を直列に接続した第1の中性点半導体素子群及び第2の中性点半導体素子群と、前記負側直流電源の母線電位を出力するための複数個の半導体素子を直列に接続した負側半導体素子群とが接続され、
前記正側半導体素子群と前記第1の中性点半導体素子群、前記第2の中性点半導体素子群と前記負側半導体素子群は直列に接続され、
前記正側半導体素子群と前記第1の中性点半導体素子群の接続点と前記中性点直流電源の母線との間に正側ダイオード群が接続され、
前記負側半導体素子群と前記第2の中性点半導体素子群の接続点と前記中性点直流電源の母線との間に負側ダイオード群が接続され、
前記第1の中性点半導体素子群と前記第2の中性点半導体素子群の接続点は前記電力変換装置の出力点となり、
前記正側ダイオード群と前記負側ダイオード群は、同一のダイオード導電性部材に取付けられ、
前記正側半導体素子群は正側導電性部材に取付けられ、
前記第1の中性点半導体素子群は第1の中性点導電性部材に取付けられ、
前記第2の中性点半導体素子群は第2の中性点導電性部材に取付けられ、
前記負側半導体素子群は負側導電性部材に取付けられ、
前記ダイオード導電性部材は、前記中性点直流電源の母線に接続され、
前記正側導電性部材は、前記正側直流電源の母線と前記中性点直流電源の母線との間に接続された2直列接続の第1の正側導電性部材電位固定用抵抗と第2の正側導電性部材電位固定用抵抗との間の電位に固定され、
前記負側導電性部材は、前記中性点直流電源の母線と前記負側直流電源の母線との間に接続された2直列接続の第1の負側導電性部材電位固定用抵抗と第2の負側導電性部材電位固定用抵抗との間の電位に固定され、
前記第1の中性点導電性部材と第2の中性点導電性部材とは、前記電力変換装置の出力点と前記中性点直流電源の母線との間に接続された2直列接続の第1の中性点導電性部材電位固定用抵抗と第2の中性点導電性部材電位固定用抵抗との間に各々、電位が固定される、
ことを特徴とする電力変換装置。
A power converter that forward-converts and reverse-converts a DC voltage and an AC voltage having an arbitrary frequency and amplitude,
The bus of the positive side DC power supply that connects in parallel between the forward converter that converts the AC voltage into the DC voltage and the reverse converter that converts the DC voltage back into the AC voltage, A bus and a negative DC power source are installed,
A positive-side semiconductor element group in which a plurality of semiconductor elements for outputting a bus-line potential of the positive-side DC power source are connected in series between the positive-side DC power source bus and the negative-side DC power source bus; A first neutral point semiconductor element group and a second neutral point semiconductor element group in which a plurality of semiconductor elements for outputting a bus potential of the neutral point DC power supply are connected in series; and the negative DC power supply A negative-side semiconductor element group in which a plurality of semiconductor elements for outputting the bus potential is connected in series,
The positive side semiconductor element group and the first neutral point semiconductor element group, the second neutral point semiconductor element group and the negative side semiconductor element group are connected in series,
A positive diode group is connected between a connection point of the positive semiconductor element group and the first neutral semiconductor element group and a bus of the neutral DC power supply;
A negative diode group is connected between a connection point of the negative side semiconductor element group and the second neutral point semiconductor element group and a bus of the neutral point DC power supply;
The connection point of the first neutral point semiconductor element group and the second neutral point semiconductor element group is an output point of the power converter,
The positive side diode group and the negative side diode group are attached to the same diode conductive member,
The positive semiconductor element group is attached to a positive conductive member,
The first neutral point semiconductor element group is attached to a first neutral point conductive member;
The second neutral point semiconductor element group is attached to a second neutral point conductive member;
The negative semiconductor element group is attached to a negative conductive member,
The diode conductive member is connected to a bus of the neutral point DC power source,
The positive-side conductive member includes a second series-connected first positive-side conductive member potential fixing resistor and a second resistor connected between the bus of the positive-side DC power source and the bus of the neutral-point DC power source. Fixed to the potential between the positive side conductive member and the potential fixing resistor,
The negative-side conductive member includes a first series-connected first negative-side conductive member potential fixing resistor and a second resistor connected between the neutral-point DC power source bus and the negative-side DC power source bus. The negative side conductive member is fixed at a potential between the potential fixing resistor and
The first neutral point conductive member and the second neutral point conductive member are connected in two series connected between an output point of the power converter and a bus of the neutral point DC power source. A potential is fixed between the first neutral point conductive member potential fixing resistor and the second neutral point conductive member potential fixing resistor.
The power converter characterized by the above-mentioned.
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