JP2013059151A - Three-level power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、交流を直流に変換し、その直流を再び交流に変換する3レベル電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a three-level power converter that converts alternating current into direct current and converts the direct current into alternating current again.
交流を入力して直流に変換し、その直流を再び交流に変換し出力させるような従来の電力変換装置においては、通常は3相の交流入力を直流に変換させるコンバータ側のユニットとその直流を再び交流に変換させるインバータ側のユニットを独立させて搭載している。 In a conventional power converter that inputs alternating current and converts it to direct current, and then converts the direct current to alternating current and outputs it, normally the converter side unit that converts the three-phase alternating current input to direct current and the direct current The inverter side unit that converts to AC again is installed independently.
一般的に、このような電力変換装置は、入力交流3相に対して各々を直流に変換する3台のコンバータ側の電力変換ユニットと、変換された直流を3相の出力交流に変換させる3台のインバータ側の電力変換ユニットの合計6台の電力変換ユニットで構成される。 In general, such a power conversion device includes three converter-side power conversion units that convert each of the input AC three phases into DC, and converts the converted DC into a three-phase output AC. It is composed of a total of six power conversion units of power conversion units on the inverter side.
上記に対し、コンバータ側の1相分の電力変換ユニットと、インバータ側の1相分の電力変換ユニットを一体化して新たな電力変換ユニットとし、このような電力変換ユニット3台でコンバータ及びインバータから成る電力変換装置を構成する提案が為されている(例えば特許文献1参照。)。 In contrast to the above, the power conversion unit for one phase on the converter side and the power conversion unit for one phase on the inverter side are integrated into a new power conversion unit. With three such power conversion units, the converter and the inverter The proposal which comprises the power converter device which consists is made (for example, refer patent document 1).
特許文献1には2レベルの電力変換装置において、コンバータ側の1相分の電力変換ユニットと、インバータ側の1相分の電力変換ユニットを一体化して電力変換ユニットを構成し、素子短絡故障検出を各相でバランスさせる技術について開示されているが、3レベル電力変換装置については記載されていない。また各々の電力変換ユニットの内部の素子配列構成についての開示もない。昨今の装置の大型化に伴い、コンパクト化、低コスト化を目指して3レベル電力変換装置の電力変換ユニットの内部の素子配列構成を工夫することは重要な課題である。
In
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、コンパクト化、低コスト化を実現する素子配列構成を備えた電力変換ユニットを用いた3レベル電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a three-level power conversion device using a power conversion unit having an element arrangement configuration that realizes compactness and cost reduction. Objective.
上記目的を達成するために、本発明3レベル電力変換装置は、交流をP、C及びNの3レベル電位の直流に変換する3レベルコンバータと、その直流を交流に変換する3レベルインバータを具備すると共に、前記3レベルコンバータの1相分の圧接型半導体素子と前記3レベルインバータの1相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット3台から構成される3レベル電力変換装置であって、前記電力変換ユニットは、主回路スイッチング素子で構成される第1の串型スタックと、フライホイールダイオードで構成される第2の串型スタックと、クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第3の串型スタックとを具備し、前記第1の串型スタック及び第2の串型スタックは、中央部に共通のN電位極、両端部に各々P電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記3レベルコンバータの1相分の交流入力、他方が前記3レベルインバータの1相分の交流出力になるようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a three-level power converter of the present invention comprises a three-level converter that converts alternating current into direct current of a three-level potential of P, C, and N, and a three-level inverter that converts the direct current into alternating current. And a three-level power conversion device comprising three power conversion units each having a pressure-contact type semiconductor element for one phase of the three-level converter and a pressure-contact type semiconductor element for one phase of the three-level inverter, The power conversion unit includes a first skewer stack composed of main circuit switching elements, a second skewer stack composed of flywheel diodes, and a third skewer composed of clamp diodes and snubber diodes. The first skewer stack and the second skewer stack have a common N potential pole at the center and P potential poles at both ends, respectively. One of the middle electrodes between the center and both ends is an AC input for one phase of the three-level converter, and the other is an AC output for one phase of the three-level inverter. .
この発明によれば、コンパクト化、低コスト化を実現する素子配列構成を備えた電力変換ユニットを用いた3レベル電力変換装置を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a three-level power conversion device using a power conversion unit having an element arrangement configuration that achieves compactness and cost reduction.
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下、本発明の実施例1に係る3レベル電力変換装置を図1乃至図3を参照して説明する。図1は本発明の対象となる3レベル電力変換装置の回路構成図である。
Hereinafter, a three-level power converter according to
図1において、図示しない電力系統から変圧器11を介して3レベルコンバータ12に交流電圧が供給されている。3レベルコンバータ12で交流電圧を3レベルの直流電圧に変換して3レベルインバータ13に供給する。そして3レベルインバータ13は3相の交流電圧を出力し、交流電動機14を駆動する。尚、ここで直流電圧を平滑するコンデンサを3レベルコンバータ12内及び3レベルインバータ14内に分散して配置しているが、これらは直流リンク部に集中して配置しても良い。
In FIG. 1, an AC voltage is supplied from a power system (not shown) to a three-
以下、3レベルコンバータ12及び3レベルインバータ13の内部構成を説明する。
Hereinafter, the internal configuration of the three-
3レベルコンバータ12はR相、S相及びT相の3相の各々を構成するスイッチングレグの並列回路から成っている。各々のスイッチングレグの構成は同一であるので、R相のスイッチングレグの構成について以下説明する。
The three-
R相スイッチングレグの基本となる回路はスイッチング素子1R1、1R2、1R3及び1R4で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子1R1、1R2、1R3及び1R4には夫々逆並列にフライホイールダイオード2R1、2R2、2R3及び2R4が接続されている。スイッチング素子1R1、1R2は正側アームを構成し、スイッチング素子1R3、1R4は負側アームを構成している。そして2つのアームの中間点即ちスイッチング素子1R2と1R3の接続点に変圧器11のR相の2次出力が交流入力として接続されている。 The basic circuit of the R-phase switching leg is a series circuit composed of switching elements 1R1, 1R2, 1R3, and 1R4. Flywheel diodes 2R1, 2R2, 2R3, and 2R4 are connected in antiparallel to each switching element 1R1, 1R2, 1R3, and 1R4, respectively. Switching elements 1R1, 1R2 constitute a positive arm, and switching elements 1R3, 1R4 constitute a negative arm. The R-phase secondary output of the transformer 11 is connected as an AC input to an intermediate point between the two arms, that is, a connection point between the switching elements 1R2 and 1R3.
スイッチング素子1R1の正極はヒューズ6R1を介して直流コンデンサ7R1の正極に接続されている。スイッチング素子1R4の負極はヒューズ6R2を介して直流コンデンサ7R2の負極に接続されている。直流コンデンサ7R1と直流コンデンサ7R2は直列接続され、互いの接続点は中性点を形成している。そしてこの中性点から正側アームの中点即ちスイッチング素子1R1と1R2の接続点に向けて、正側のクランプダイオード3R1が接続されている。同様に負側アームの中点即ちスイッチング素子1R3と1R4の接続点から中性点に向けて、負側のクランプダイオード3R2が接続されている。 The positive electrode of the switching element 1R1 is connected to the positive electrode of the DC capacitor 7R1 through the fuse 6R1. The negative electrode of the switching element 1R4 is connected to the negative electrode of the DC capacitor 7R2 via the fuse 6R2. The DC capacitor 7R1 and the DC capacitor 7R2 are connected in series, and the connection point between them forms a neutral point. The positive clamp diode 3R1 is connected from the neutral point to the midpoint of the positive arm, that is, the connection point of the switching elements 1R1 and 1R2. Similarly, a negative clamp diode 3R2 is connected from the midpoint of the negative arm, that is, from the connection point of the switching elements 1R3 and 1R4 to the neutral point.
また、スイッチング素子1R1の正極と負極間には、サージ電圧吸収用の正側のスナバダイオード4R1とスナバコンデンサ5R1が接続されており、スイッチング素子1R4の負極と正極間には、サージ電圧吸収用の負側のスナバダイオード4R2とスナバコンデンサ5R2が接続されている。これらはスナバ回路を形成しているが、S相及びT相についてはその図示を省略している。 Further, a positive snubber diode 4R1 for absorbing surge voltage and a snubber capacitor 5R1 are connected between the positive electrode and the negative electrode of the switching element 1R1, and between the negative electrode and positive electrode of the switching element 1R4, A negative snubber diode 4R2 and a snubber capacitor 5R2 are connected. These form a snubber circuit, but the illustration of the S phase and the T phase is omitted.
次に3レベルインバータ13の主回路構成を説明する。3レベルインバータ13U相、V相及びW相の3相を各々を構成するスイッチングレグの並列回路から成っている。各々のスイッチングレグの構成は同一であるので、U相のスイッチングレグの構成について以下説明する。
Next, the main circuit configuration of the three-
U相スイッチングレグの基本となる回路はスイッチング素子1U1、1U2、1U3及び1U4で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子1U1、1U2、1U3及び1U4には夫々逆並列にフライホイールダイオード2U1、2U2、2U3及び2U4が接続されている。スイッチング素子1U1、1U2は正側アームを構成し、スイッチング素子1U3、1U4は負側アームを構成している。そして2つのアームの中間点即ちスイッチング素子1U2と1U3の接続点からU相の交流出力が得られ交流電動機15のU相端子に接続されている。 The basic circuit of the U-phase switching leg is a series circuit composed of switching elements 1U1, 1U2, 1U3 and 1U4. Flywheel diodes 2U1, 2U2, 2U3, and 2U4 are connected in antiparallel to the switching elements 1U1, 1U2, 1U3, and 1U4, respectively. The switching elements 1U1, 1U2 constitute a positive arm, and the switching elements 1U3, 1U4 constitute a negative arm. A U-phase AC output is obtained from an intermediate point between the two arms, that is, a connection point between the switching elements 1U2 and 1U3, and is connected to the U-phase terminal of the AC motor 15.
スイッチング素子1U1の正極はヒューズ6U1を介して直流コンデンサ7U1の正極に接続されている。スイッチング素子1U4の負極はヒューズ6U2を介して直流コンデンサ7U2の負極に接続されている。直流コンデンサ7U1と直流コンデンサ7U2は直列接続され、互いの接続点は中性点を形成している。直流コンデンサ7U1には3レベルコンバータ回路13からの正側直流出力が、また直流コンデンサ7U2には3レベルコンバータ回路13からの負側直流出力が供給される。そしてこの中性点から正側アームの中点即ちスイッチング素子1U1と1U2の接続点に向けて、正側のクランプダイオード3U1が接続されている。同様に負側アームの中点即ちスイッチング素子1U3と1U4の接続点から中性点に向けて、負側のクランプダイオード3U2が接続されている。
The positive electrode of the switching element 1U1 is connected to the positive electrode of the DC capacitor 7U1 through the fuse 6U1. The negative electrode of the switching element 1U4 is connected to the negative electrode of the DC capacitor 7U2 via the fuse 6U2. The direct current capacitor 7U1 and the direct current capacitor 7U2 are connected in series, and the connection point between them forms a neutral point. The DC capacitor 7U1 is supplied with the positive DC output from the three-
また、スイッチング素子1U1の正極と負極間には、サージ電圧吸収用の正側のスナバダイオード4U1とスナバコンデンサ5U1が接続されており、スイッチング素子1U4の負極と正極間には、サージ電圧吸収用の負側のスナバダイオード4U2とスナバコンデンサ5U2が接続されている。これらはスナバ回路を形成しているが、V相及びW相についてはその図示を省略している。 Further, a positive snubber diode 4U1 for absorbing surge voltage and a snubber capacitor 5U1 are connected between the positive electrode and the negative electrode of the switching element 1U1, and the surge voltage absorbing element is connected between the negative electrode and the positive electrode of the switching element 1U4. A negative snubber diode 4U2 and a snubber capacitor 5U2 are connected. Although these form a snubber circuit, illustration of the V phase and the W phase is omitted.
以上説明した3レベルコンバータ12及び3レベルインバータ13のスイッチング素子には夫々図示しないコンバータ制御回路及びインバータ制御回路から適切なゲートパルスが供給される。通常の力行運転モードにおいては、3レベルコンバータ12は所望のP、C及びNの3レベルの電位の直流出力を得るように制御され、また3レベルインバータ13は、3レベルの直流入力を所望の3レベルの3相交流出力に変換して交流電動機14を駆動するように制御される。尚、回生運転モードでは上記と逆の制御になる。
Appropriate gate pulses are supplied to the switching elements of the three-
図2は本発明の実施例1に係る3レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図である。 FIG. 2 is a configuration diagram of a power conversion unit used in the three-level power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
この電力変換ユニット8PUは、図1におけるコンバータ12のR相のスイッチングレグの半導体素子部分12Rとインバータ13のU相のスイッチングレグの半導体素子部分12Uとで構成されている。尚、何れの半導体素子も圧接型半導体素子とする。
This power conversion unit 8PU is configured by a
図2に示すように電力変換ユニット8PUは、串型スタック8RU1、8RU2及び8RU3の3本より構成されている。中段に図示した第1の串型スタック8RU1は、R相のスイッチングレグの半導体素子部分12Rのうち、スイッチング素子1R1、1R2、1R3及び1R4を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、U相のスイッチングレグの半導体素子部分12Uのうち、スイッチング素子1U1、1U2、1U3及び1U4を右端から中央部に向けて順に配列している。このように第1の串型スタック8RU1は8個のスイッチング素子で構成され、左端部の電極は、スイッチング素子1R1のアノードすなわちP電位の電極となる。同様に、右端部の電極も、スイッチング素子1U1のアノードすなわちP電位の電極となる。そして中央部の電極は、スイッチング素子1R4のカソード及びスイッチング素子1U4のカソードとなるので、共通のN電位の電極となる。
As shown in FIG. 2, the power conversion unit 8PU is composed of three stacks of skewered stacks 8RU1, 8RU2, and 8RU3. In the first skewer stack 8RU1 illustrated in the middle stage, the switching elements 1R1, 1R2, 1R3, and 1R4 are sequentially arranged from the left end toward the central portion in the
上段に図示した第2の串型スタック8RU2は、R相のスイッチングレグの半導体素子部分12Rのうち、フライホイールダイオード2R1、2R2、2R3及び2R4を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、U相のスイッチングレグの半導体素子部分12Uのうち、フライホイールダイオード2U1、2U2、2U3及び2U4を右端から中央部に向けて順に配列している。このように第2の串型スタック8RU2は8個のフライホイールダイオードで構成され、左端部の電極は、フライホイールダイオード2R1のアノードすなわちP電位の電極となる。同様に、右端部の電極も、フライホイールダイオード2U1のアノードすなわちP電位の電極となる。そして中央部の電極は、フライホイールダイオード2R4のカソード及びフライホイールダイオード2U4のカソードとなるので、共通のN電位の電極となる。このように配列することによって、第2の串型スタック8RU2の電極の配列は第1の串型スタック8RU1の電極の配列と全く同一となるので、図示したように互いに隣り合う電極同士を導体によって容易に接続することが可能となる。
In the second skewer stack 8RU2 illustrated in the upper stage, flywheel diodes 2R1, 2R2, 2R3, and 2R4 are sequentially arranged from the left end toward the center in the
下段に図示した第3の串型スタック8RU3は、R相のスイッチングレグの半導体素子部分12Rのうち、スナバダイオード4R1、クランプダイオード3R1、3R2及びスナバダイオード4R2を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、U相のスイッチングレグの半導体素子部分12Uのうち、スナバダイオード4U1、クランプダイオード3U1、3U2及びスナバダイオード4U2右端から中央部に向けて順に配列している。このように第3の串型スタック8RU3は4個のクランプダイオードと4個のスナバダイオードで構成される。左端部の電極は、スナバダイオード4R1のアノードすなわちP電位の電極となるので、図示したように第1の串型スタック8RU1の左端のP電極と接続する。スナバダイオード4R1のカソード電極にはスナバコンデンサ5R1が接続されるが、この第3の串型スタック8RU3はスナバコンデンサを含まないので絶縁物91によってカソード電極は浮かせておく。同様に、右端部の電極も、スナバダイオード4U1のアノードすなわちP電位の電極となるので、図示したように第1の串型スタック8RU1の右端のP電極と接続する。スナバダイオード4U1のカソード電極にはスナバコンデンサ5U1が接続されるが、この第3の串型スタック8RU3はスナバコンデンサを含まないので絶縁物92によってカソード電極は浮かせておく。中央部の電極は第1及び第2の串型スタック8RU1、8RU2に合わせ、共通のN電位の電極とし、図示したように第1の串型スタック8RU1の中央部のN電位極と接続する。この第3の串型スタック8RU3の中央部のN電位極の左側にはスナバダイオード4R2を配置し、右側にはスナバダイオード4U2を配置する。何れもカソードが中央のN電極となるようにし、前述した理由により各々のアノード電極は夫々絶縁物93、94によって浮かせておく。
In the third skewer stack 8RU3 shown in the lower stage, the snubber diode 4R1, the clamp diodes 3R1, 3R2, and the snubber diode 4R2 are sequentially arranged from the left end toward the central portion in the
串型スタック8RU3の左端から2番目、3番目の半導体素子としては夫々クランプダイオード3R1、3R2を配置する。クランプダイオード3R1のカソード電極は、第1の串型スタック8RU1の左端のスイッチング素子1R1のカソード電極に接続する。クランプダイオード3R1のアノード電極はクランプダイオード3R2のカソード電極と共用され、この電極はC電位の端子となる。クランプダイオード3R2のアノード電極は、第1の串型スタック8RU1の左端から3番目のスイッチング素子1R3のカソード電極に接続する。同様に、右端から2番目、3番目の半導体素子としては夫々クランプダイオード3U1、3U2を配置する。クランプダイオード3U1のカソード電極は、第1の串型スタック8RU1の右端のスイッチング素子1U1のカソード電極に接続する。クランプダイオード3U1のアノード電極はクランプダイオード3U2のカソード電極と共用され、この電極はC電位の端子となる。クランプダイオード3U2のアノード電極は、第1の串型スタック8RU1の右端から3番目のスイッチング素子1U3のカソード電極に接続する。 As the second and third semiconductor elements from the left end of the skew stack 8RU3, clamp diodes 3R1 and 3R2 are arranged, respectively. The cathode electrode of the clamp diode 3R1 is connected to the cathode electrode of the switching element 1R1 at the left end of the first skew stack 8RU1. The anode electrode of the clamp diode 3R1 is shared with the cathode electrode of the clamp diode 3R2, and this electrode serves as a C potential terminal. The anode electrode of the clamp diode 3R2 is connected to the cathode electrode of the third switching element 1R3 from the left end of the first skewer stack 8RU1. Similarly, clamp diodes 3U1 and 3U2 are arranged as the second and third semiconductor elements from the right end, respectively. The cathode electrode of the clamp diode 3U1 is connected to the cathode electrode of the switching element 1U1 at the right end of the first skewer stack 8RU1. The anode electrode of the clamp diode 3U1 is shared with the cathode electrode of the clamp diode 3U2, and this electrode serves as a C potential terminal. The anode electrode of the clamp diode 3U2 is connected to the cathode electrode of the third switching element 1U3 from the right end of the first skewer stack 8RU1.
以上の構成によって電力変換ユニット8PUは、半導体素子間の接続導体の配線距離を短縮し、絶縁物の個数を最小限に抑えた半導体素子の配置を実現している。そして、各々の串型スタックには長手方向に一括して圧力が加えられる。 With the above configuration, the power conversion unit 8PU shortens the wiring distance of the connection conductor between the semiconductor elements, and realizes the arrangement of the semiconductor elements with the number of insulators minimized. Then, pressure is applied collectively to each skewer stack in the longitudinal direction.
図3に示すのは、本発明の3レベル電力変換装置の概略構造図である。3レベル電力変換装置は基本的に3台の電力変換ユニット8PU、8SV及び8TWから構成され、電力変換ユニット8PU、8SV及び8TWのコンバータ12側のAC端子がAC入力となり、電力変換ユニット8PU、8SV及び8TWのインバータ13側のAC端子がAC出力となる。電力変換ユニット8PU8、SV及び8TWのお互いの配線、他の部品を含む配線は、図1に示した回路構成図に従って行われるが、図3においてはこれらの図示を省略している。
FIG. 3 is a schematic structural diagram of the three-level power converter according to the present invention. The three-level power converter is basically composed of three power conversion units 8PU, 8SV, and 8TW, and the AC terminal on the
尚、図3は、3レベル電力変換装置が3台の電力変換ユニット8PU、8SV及び8TWから構成される例を図示したが、電力変換ユニット2台を並列接続するなど、電力変換ユニット数を4台以上で構成するようにしても良い。 Note that FIG. 3 illustrates an example in which the three-level power conversion device includes three power conversion units 8PU, 8SV, and 8TW. However, the number of power conversion units is set to four, for example, two power conversion units are connected in parallel. You may make it comprise more than a stand.
図4は本発明の実施例2に係る3レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図である。この実施例2の各部について、図2の本発明の実施例1に係る3レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、全ての串形スタックにおいて、P電位極とN電位極の配置を入れ替える構成とした点である。 FIG. 4 is a configuration diagram of a power conversion unit used in the three-level power conversion device according to the second embodiment of the present invention. About each part of this Example 2, the same part as each part of the block diagram of the power conversion unit used for the 3 level power converter device which concerns on Example 1 of this invention of FIG. 2 is shown with the same code | symbol, and the description is abbreviate | omitted. The second embodiment is different from the first embodiment in that the arrangement of the P potential electrode and the N potential electrode is changed in all skewer stacks.
P電位極とN電位極の配置を入れ替える構成とは、例えば串型スタック8RU1の場合で言えば、串形状の左端をN電極とし、左端から中央部に向かってスイッチング素子1R4、1R3、1R2、1R1の順に配置すると共に、右端もN電極とし、右端から中央部に向かってスイッチング素子1U4、1U3、1U2、1U1の順に配置する。このとき、中央部の電極は共通のP電極となる。串型スタック8RU2及び串型スタック8RU3についても、左端から中央部、右端から中央部への半導体素子の配列の順序を実施例1の場合とは逆にする。 The arrangement in which the arrangement of the P potential electrode and the N potential electrode is switched is, for example, in the case of the skewer stack 8RU1, the left end of the skewer is the N electrode, and the switching elements 1R4, 1R3, 1R2, The electrodes are arranged in the order of 1R1, the right end is also an N electrode, and the switching elements 1U4, 1U3, 1U2, and 1U1 are arranged in this order from the right end toward the center. At this time, the central electrode is a common P electrode. Also in the skewer stack 8RU2 and the skewer stack 8RU3, the arrangement order of the semiconductor elements from the left end to the center and from the right end to the center is reversed from that in the first embodiment.
以上の実施例2の構成によっても、電力変換ユニット8PUは、半導体素子間の接続導体の配線距離を短縮し、絶縁物Iの個数を最小限に抑えた半導体素子の配置を実現することができる。 Even with the configuration of the second embodiment described above, the power conversion unit 8PU can shorten the wiring distance of the connection conductor between the semiconductor elements and can realize the arrangement of the semiconductor elements with the number of insulators I minimized. .
以上本発明の実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, these Examples are shown as an example and are not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、3レベル電力変換装置のスナバ回路は、図1で示した回路に限らず、スナバダイオードを更に多く用いる回路などが各種提案されている。この場合には第3の串型スタックをスナバ回路のスナバダイオードの構成に応じて適切に変更することによってコンパクトな電力変換ユニットを実現できる。 For example, the snubber circuit of the three-level power converter is not limited to the circuit shown in FIG. 1, and various circuits that use more snubber diodes have been proposed. In this case, a compact power conversion unit can be realized by appropriately changing the third skewer stack according to the configuration of the snubber diode of the snubber circuit.
また、図2、図4における電力変換ユニットは、半導体素子のみで構成したが、C電位端子の配線を含める構成としても良く、またスナバコンデンサ等の部品を一体に実装する構成としても良い。 The power conversion unit in FIGS. 2 and 4 is composed only of a semiconductor element, but may be configured to include the wiring of the C potential terminal, or may be configured to integrally mount components such as a snubber capacitor.
11 変圧器
12 3レベルコンバータ
12R、スイッチングレグの半導体素子部分
1R1、1R2、1R3、1R4、1S1、1S2、1S3、1S4、1T1、1T2、1T3、1T4 スイッチング素子
2R1、2R2、2R3、2R4、2S1、2S2、2S3、2S4、2T1、2T2、2T3、2T4 フライホイールダイオード
3R1、3R2、3S1、3S2、3T1、3T2 クランプダイオード
4R1、4R2、4S1、4S2、4T1、4T2 スナバダイオード
5R1、5R2、5S1、5S2、5T1、5T2 スナバコンデンサ
6R1、6R2、6S1、6S2、6T1、6T2 ヒューズ
7R1、7R2、7S1、7S2、7T1、7T2 直流コンデンサ
13 3レベルインバータ
13U スイッチングレグの半導体素子部分
1U1、1U2、1U3、1U4、1V1、1V2、1V3、1V4、1W1、1W2、1W3、1W4 スイッチング素子
2U1、2U2、2U3、2U4、2V1、2V2、2V3、2V4、2W1、2W2、2W3、2W4 フライホイールダイオード
3U1、3U2、3V1、3V2、3W1、3W2 クランプダイオード
4U1、4U2、4V1、4V2、4W1、4W2 スナバダイオード
5U1、5U2、5V1、5V2、5W1、5W2 スナバコンデンサ
6U1、6U2、6V1、6V2、6W1、6W2 ヒューズ
7U1、7U2、7V1、7V2、7W1、7W2 直流コンデンサ
14 交流電動機
8RU、8SV、8TW 電力変換ユニット
8RU1、8RU2、8RU3 串型スタック
91、92、93、94 絶縁物
11 Transformer 12 3-level converter 12R, semiconductor element portion 1R1, 1R2, 1R3, 1R4, 1S1, 1S2, 1S3, 1S4, 1T1, 1T2, 1T3, 1T4 switching elements 2R1, 2R2, 2R3, 2R4, 2S1, switching leg 2S2, 2S3, 2S4, 2T1, 2T2, 2T3, 2T4 Flywheel diodes 3R1, 3R2, 3S1, 3S2, 3T1, 3T2 Clamp diodes 4R1, 4R2, 4S1, 4S2, 4T1, 4T2 Snubber diodes 5R1, 5R2, 5S1, 5S2, 5T1, 5T2 Snubber capacitors 6R1, 6R2, 6S1, 6S2, 6T1, 6T2 Fuses 7R1, 7R2, 7S1, 7S2, 7T1, 7T2 DC capacitor 13 Three-level inverter 13U Semiconductor element of switching leg 1U1, 1U2, 1U3, 1U4, 1V1, 1V2, 1V3, 1V4, 1W1, 1W2, 1W3, 1W4 Switching elements 2U1, 2U2, 2U3, 2U4, 2V1, 2V2, 2V3, 2V4, 2W1, 2W2, 2W3, 2W4 Fly Wheel diode 3U1, 3U2, 3V1, 3V2, 3W1, 3W2 Clamp diode 4U1, 4U2, 4V1, 4V2, 4W1, 4W2 Snubber diode 5U1, 5U2, 5V1, 5V2, 5W1, 5W2 Snubber capacitor 6U1, 6U2, 6V1, 6V2, 6W1 , 6W2 fuse 7U1, 7U2, 7V1, 7V2, 7W1, 7W2 DC capacitor 14 AC motor 8RU, 8SV, 8TW Power conversion unit 8RU1, 8RU2, 8RU3 Skewer stack 91, 92, 93, 94 Insulator
Claims (4)
前記電力変換ユニットは、
主回路スイッチング素子で構成される第1の串型スタックと、
フライホイールダイオードで構成される第2の串型スタックと、
クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第3の串型スタックと
を具備し、
前記第1の串型スタック及び第2の串型スタックは、
中央部に共通のN電位極、両端部に各々P電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記3レベルコンバータの1相分の交流入力、他方が前記3レベルインバータの1相分の交流出力になるようにしたことを特徴とする3レベル電力変換装置。 A three-level converter that converts alternating current into direct current of a three-level potential of P, C, and N; a three-level inverter that converts the direct current into alternating current; and a pressure-contact type semiconductor element for one phase of the three-level converter; A three-level power conversion device comprising three power conversion units having a pressure contact type semiconductor element for one phase of the three-level inverter,
The power conversion unit is
A first skewer stack composed of main circuit switching elements;
A second skewer stack composed of flywheel diodes;
A third skewer stack composed of a clamp diode and a snubber diode;
The first skewer stack and the second skewer stack are:
A common N-potential electrode at the center and P-potential electrodes at both ends, respectively, one of the electrodes between the center and both ends is an AC input for one phase of the 3-level converter, and the other is the 3-level inverter A three-level power converter characterized by having an AC output for one phase.
前記電力変換ユニットは、
主回路スイッチング素子で構成される第1の串型スタックと、
フライホイールダイオードで構成される第2の串型スタックと、
クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第3の串型スタックと
を具備し、
前記第1の串型スタック及び第2の串型スタックは、
中央部に共通のP電位極、両端部に各々N電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記3レベルコンバータの1相分の交流入力、他方が前記3レベルインバータの1相分の交流出力になるようにしたことを特徴とする3レベル電力変換装置。 A three-level converter that converts alternating current into direct current of a three-level potential of P, C, and N; a three-level inverter that converts the direct current into alternating current; and a pressure-contact type semiconductor element for one phase of the three-level converter; A three-level power conversion device comprising three power conversion units having a pressure contact type semiconductor element for one phase of the three-level inverter,
The power conversion unit is
A first skewer stack composed of main circuit switching elements;
A second skewer stack composed of flywheel diodes;
A third skewer stack composed of a clamp diode and a snubber diode;
The first skewer stack and the second skewer stack are:
A common P potential electrode is arranged at the center and N potential electrodes are arranged at both ends. One of the middle electrodes between the center and both ends is an AC input for one phase of the three-level converter, and the other is the three-level inverter. A three-level power converter characterized by having an AC output for one phase.
中央部に共通のN電位極、両端部に各々P電位極を配置し、
中央部の電極に隣接する一方の部位及びこれと同じ側にある一方の端部に夫々前記3レベルコンバータ用の第1及び第2のスナバダイオードを、中央部の電極に隣接する他方の部位及びこれと同じ側にある他方の端部に夫々前記3レベルインバータ用の第3及び第4のスナバダイオードを配置し、
前記第1及び第2のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記3レベルコンバータ用の第1及び第2のクランプダイオードを、前記第3及び第4のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記3レベルインバータ用の第3及び第4のクランプダイオードを配置し、
前記第1及び第2のクランプダイオードが接続される電極並びに前記第3及び第4のクランプダイオードが接続される電極をC電位極としたことを特徴とする請求項1に記載の3レベル電力変換装置。 The third skewer stack is
A common N potential electrode is arranged at the center and P potential electrodes are arranged at both ends.
The first and second snubber diodes for the three-level converter are respectively disposed at one portion adjacent to the central electrode and one end on the same side, and the other portion adjacent to the central electrode and The third and fourth snubber diodes for the three-level inverter are arranged on the other end on the same side,
The first and second clamp diodes for the three-level converter are insulated from the middle portions of the first and second snubber diodes via insulators, respectively, and the middle portions of the third and fourth snubber diodes are insulated from each other. Arranging the third and fourth clamp diodes for the three-level inverter through the object,
2. The three-level power conversion according to claim 1, wherein the electrode to which the first and second clamp diodes are connected and the electrode to which the third and fourth clamp diodes are connected are C potential electrodes. apparatus.
中央部に共通のP電位極、両端部に各々N電位極を配置し、
中央部の電極に隣接する一方の部位及びこれと同じ側にある一方の端部に夫々前記3レベルコンバータ用の第1及び第2のスナバダイオードを、中央部の電極に隣接する他方の部位及びこれと同じ側にある他方の端部に夫々前記3レベルインバータ用の第3及び第4のスナバダイオードを配置し、
前記第1及び第2のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記3レベルコンバータ用の第1及び第2のクランプダイオードを、前記第3及び第4のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記3レベルインバータ用の第3及び第4のクランプダイオードを配置し、
前記第1及び第2のクランプダイオードが接続される電極並びに前記第3及び第4のクランプダイオードが接続される電極をC電位極としたことを特徴とする請求項2に記載の3レベル電力変換装置。 The third skewer stack is
A common P potential electrode is arranged at the center and N potential electrodes are arranged at both ends.
The first and second snubber diodes for the three-level converter are respectively disposed at one portion adjacent to the central electrode and one end on the same side, and the other portion adjacent to the central electrode and The third and fourth snubber diodes for the three-level inverter are arranged on the other end on the same side,
The first and second clamp diodes for the three-level converter are insulated from the middle portions of the first and second snubber diodes via insulators, respectively, and the middle portions of the third and fourth snubber diodes are insulated from each other. Arranging the third and fourth clamp diodes for the three-level inverter through the object,
3. The three-level power conversion according to claim 2, wherein the electrode connected to the first and second clamp diodes and the electrode connected to the third and fourth clamp diodes are C potential electrodes. apparatus.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015019480A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | 株式会社日立製作所 | Power conversion apparatus |
WO2015170377A1 (en) * | 2014-05-07 | 2015-11-12 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device and power conversion method for power conversion device |
WO2016031042A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Converter and power conversion device using same |
JP2016052661A (en) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 株式会社ダイヘン | Welding power supply device and rectifier of welding power supply device |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10304673A (en) * | 1997-04-25 | 1998-11-13 | Hitachi Ltd | Discharging circuit of power converter |
JPH10309073A (en) * | 1997-03-07 | 1998-11-17 | Hitachi Ltd | Power converter and its manufacture |
JPH10323015A (en) * | 1997-05-19 | 1998-12-04 | Toshiba Corp | Semiconductor power converter |
JP2000152646A (en) * | 1998-11-16 | 2000-05-30 | Mitsubishi Electric Corp | Inverter |
JP2002051569A (en) * | 2000-08-03 | 2002-02-15 | Toshiba Corp | Power converter |
JP2006158128A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Power conversion device |
JP2006158107A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 3-level inverter device |
-
2011
- 2011-09-07 JP JP2011194798A patent/JP5629664B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10309073A (en) * | 1997-03-07 | 1998-11-17 | Hitachi Ltd | Power converter and its manufacture |
JPH10304673A (en) * | 1997-04-25 | 1998-11-13 | Hitachi Ltd | Discharging circuit of power converter |
JPH10323015A (en) * | 1997-05-19 | 1998-12-04 | Toshiba Corp | Semiconductor power converter |
JP2000152646A (en) * | 1998-11-16 | 2000-05-30 | Mitsubishi Electric Corp | Inverter |
JP2002051569A (en) * | 2000-08-03 | 2002-02-15 | Toshiba Corp | Power converter |
JP2006158128A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Power conversion device |
JP2006158107A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 3-level inverter device |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015019480A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | 株式会社日立製作所 | Power conversion apparatus |
JPWO2015019480A1 (en) * | 2013-08-09 | 2017-03-02 | 株式会社日立製作所 | Power converter |
WO2015170377A1 (en) * | 2014-05-07 | 2015-11-12 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device and power conversion method for power conversion device |
JPWO2015170377A1 (en) * | 2014-05-07 | 2017-04-20 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device and power conversion method for power conversion device |
US10008953B2 (en) | 2014-05-07 | 2018-06-26 | Hitachi, Ltd. | Power conversion device and power conversion method for power conversion device |
WO2016031042A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Converter and power conversion device using same |
KR20170044139A (en) * | 2014-08-29 | 2017-04-24 | 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 | Converter and power conversion device using same |
US10116228B2 (en) | 2014-08-29 | 2018-10-30 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Converter and power conversion device manufactured using the same |
KR101959643B1 (en) | 2014-08-29 | 2019-03-18 | 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 | Converter and power conversion device using same |
JP2016052661A (en) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 株式会社ダイヘン | Welding power supply device and rectifier of welding power supply device |
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