JP2022107778A - power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電力が通過するパワーラインを有する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter having a power line through which DC power passes.
従来、直流電力が通過するパワーラインを有する電力変換装置が知られている。たとえば、特開2015-115975号公報(特許文献1)には、直列に接続された複数のスイッチング素子に対して並列に接続された直流コンデンサを、過電圧状態から保護するアクティブクランプ回路を備える電力変換装置が開示されている。 Conventionally, a power conversion device having a power line through which DC power passes is known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-115975 (Patent Document 1) discloses that a DC capacitor connected in parallel to a plurality of switching elements connected in series is protected from an overvoltage state. An apparatus is disclosed.
スイッチング素子が短絡する短絡事故が発生した場合、スイッチング素子と並列に接続されたコンデンサからパワーラインに直流電力が開放され、パワーラインに通常よりも大きな電流が流れ、パワーラインに含まれる直流導体が破損あるいは変形し得る。直流導体が破損あるいは変形すると、電力変換装置が短絡事故から復旧するのに要する時間が長くなる。 In the event of a short-circuit accident in which a switching element is short-circuited, DC power is released to the power line from a capacitor connected in parallel with the switching element, causing a larger current than usual to flow through the power line, causing the DC conductor in the power line to break. It can be damaged or deformed. Damaged or deformed DC conductors increase the time required for the power converter to recover from a short circuit fault.
本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、その目的は、短絡事故が発生した場合の、直流導体の破損および変形を抑制することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems described above, and an object of the present invention is to suppress damage and deformation of a DC conductor when a short-circuit accident occurs.
本発明に係る電力変換装置は、直流電力が通過するパワーラインを有する。パワーラインは、第1および第2ライン部と、第1絶縁体とを含む。第1および第2ライン部は、第1方向に延在する。第1絶縁体は、第1ライン部と第2ライン部との間に配置されている。第1ライン部は、第1線路導体と、第1および第2補強部とを有する。第1線路導体は、第1方向に延在する。第1および第2補強部は、第1方向に延在し、第1線路導体の両縁にそれぞれ沿って固定されている。 A power converter according to the present invention has a power line through which DC power passes. The power line includes first and second line sections and a first insulator. The first and second line portions extend in the first direction. The first insulator is arranged between the first line portion and the second line portion. The first line portion has a first line conductor and first and second reinforcing portions. The first line conductor extends in the first direction. The first and second reinforcing parts extend in the first direction and are fixed along both edges of the first line conductor.
本発明に係る電力変換装置によれば、第1線路導体の両縁にそれぞれ沿って固定された第1および第2補強部により第1線路導体の強度が向上する。そのため、短絡事故が発生した場合の第1線路導体の破損および変形を抑制することができる。その結果、電力変換装置が短絡事故から復旧するのに要する時間を短縮することができる。 According to the power conversion device of the present invention, the strength of the first line conductor is improved by the first and second reinforcing portions fixed along both edges of the first line conductor. Therefore, it is possible to suppress damage and deformation of the first line conductor when a short-circuit accident occurs. As a result, the time required for the power converter to recover from the short circuit accident can be shortened.
以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置の一例であるインバータ1の回路図である。図1に示されるように、インバータ1は、端子P1~P3と、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2と、コンデンサC11と、ヒューズFs1,Fs2とを備える。インバータ1は、2レベルインバータである。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit diagram of an
端子P1,P2には、直流電源B1から直流電力が入力される。直流電源B1は、直流電力を出力するものであればどのようなものでもよく、たとえば発電機、コンバータ、および蓄電池を含む。コンデンサC11は、端子P1とP2との間に接続されている。 DC power is input to terminals P1 and P2 from a DC power supply B1. DC power supply B1 may be of any type as long as it outputs DC power, and includes, for example, a generator, a converter, and a storage battery. Capacitor C11 is connected between terminals P1 and P2.
スイッチング素子Q1,Q2は、端子P1とP2との間において直列に接続されている。スイッチング素子Q1,Q2の各々は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を含む。スイッチング素子Q1のエミッタと、スイッチング素子Q2のコレクタが接続点N1において接続されている。ダイオードD1,D2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2に逆並列に接続されている。端子P3は、接続点N1に接続されている。 Switching elements Q1 and Q2 are connected in series between terminals P1 and P2. Each of switching elements Q1 and Q2 includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), for example. The emitter of switching element Q1 and the collector of switching element Q2 are connected at connection point N1. Diodes D1 and D2 are connected in antiparallel to switching elements Q1 and Q2, respectively. The terminal P3 is connected to the connection point N1.
ヒューズFs1は、端子P1とスイッチング素子Q1のコレクタとの間に接続されている。ヒューズFs2は、端子P2とスイッチング素子Q2のエミッタとの間に接続されている。 Fuse Fs1 is connected between terminal P1 and the collector of switching element Q1. Fuse Fs2 is connected between terminal P2 and the emitter of switching element Q2.
インバータ1は、直流電源B1からの直流電力が通過するパワーラインを有する。パワーラインは、たとえば端子P1からスイッチング素子Q1のコレクタまでの経路、および端子P2からスイッチング素子Q2のエミッタまでの経路を含む。
図2は、図1のインバータ1のパワーラインに含まれる直流導体100の外観斜視図である。図2に示されるように、直流導体100は、ライン部M11,M12と、碍子In1~In6とを含む。ライン部M11,M12は、X軸方向に延在している。直流電力は、ライン部M11,M12を通過する。碍子In1~In6の各々は、ライン部M11とM12との間に配置されている。
FIG. 2 is an external perspective view of
図3は、図2の直流導体100をX軸方向から平面視した図である。図3に示されるように、ライン部M11は、線路導体111と、補強部112,113とを含む。線路導体111、および補強部112,113は、一体的に形成されている。ライン部M11は、線路導体111および補強部112の接続部分において屈曲している。ライン部M11は、線路導体111および補強部113の接続部分において屈曲している。
FIG. 3 is a plan view of the
ライン部M12は、線路導体121と、補強部122,123とを含む。線路導体121、および補強部122,123は、一体的に形成されている。ライン部M12は、線路導体121および補強部122の接続部分において屈曲している。ライン部M12は、線路導体121および補強部123の接続部分において屈曲している。
The line portion M12 includes a
再び図1を参照して、スイッチング素子Q1,Q2が短絡する短絡事故が発生した場合、コンデンサC11からパワーラインに直流電力が開放され、パワーラインに通常よりも大きな電流が流れる。当該電流によって、ヒューズFs1,Fs2が溶断され、コンデンサC11からスイッチング素子Q1,Q2への電流が遮断される。 Referring to FIG. 1 again, when a short-circuit accident occurs in which switching elements Q1 and Q2 are short-circuited, DC power is released from capacitor C11 to the power line, and a current larger than usual flows through the power line. The current blows the fuses Fs1 and Fs2, cutting off the current from the capacitor C11 to the switching elements Q1 and Q2.
短絡事故が発生してからヒューズFs1,Fs2が溶断されるまでの間にパワーラインに通常よりも大きな電流が流れ、パワーラインに含まれる直流導体が破損あるいは変形し得る。直流導体が破損あるいは変形すると、インバータ1が短絡事故から復旧するのに要する時間が長くなる。
During the period from the occurrence of the short-circuit accident until the fuses Fs1 and Fs2 are fused, a current larger than usual flows through the power line, and the DC conductor included in the power line may be damaged or deformed. If the DC conductor is damaged or deformed, it takes longer for the
再び図3を参照して、直流導体100によれば、線路導体111の両縁にそれぞれ沿って固定された補強部112,113により線路導体111の強度が向上する。また、線路導体121の両縁にそれぞれ沿って固定された補強部122,123により線路導体121の強度が向上する。そのため、短絡事故が発生した場合の直流導体100の破損および変形を抑制することができる。その結果、インバータ1が短絡事故から復旧するのに要する時間を短縮することができる。
Referring to FIG. 3 again, according to the
[実施の形態1の変形例]
実施の形態1においては、直流導体に含まれる全てのライン部において、その両縁に2つの補強部がそれぞれ固定される場合について説明した。直流導体に含まれる全てのライン部の両縁に2つの補強部がそれぞれ固定されていなくてもよい。図4に示されるように、実施の形態1の変形例に係る直流導体100Aは、補強部が両縁に固定されていないライン部M92を含んでいてもよい。また、直流導体に含まれるライン部は、3つ以上であってもよい。
[Modification of Embodiment 1]
In
以上、実施の形態1および変形例に係る電力変換装置によれば、短絡事故が発生した場合の直流導体の破損および変形を抑制することができる。その結果、電力変換装置が短絡事故から復旧するのに要する時間を短縮することができる。 As described above, according to the power converter according to the first embodiment and the modified example, it is possible to suppress damage and deformation of the DC conductor when a short-circuit accident occurs. As a result, the time required for the power converter to recover from the short circuit accident can be shortened.
[実施の形態2]
実施の形態1においては、直流導体に含まれるライン部と、ライン部の両縁にそれぞれ固定される2つの補強部が、一体的に構成される場合について説明した。実施の形態2においては、ライン部と、補強部とが、異なる部材によって形成される場合について説明する。
[Embodiment 2]
In
図5は、実施の形態2に係る直流導体200の外観斜視図である。図5に示されるよう直流導体200の構成は、図2に示される直流導体100のライン部M11,M12が、M21,M22にそれぞれ置き換えられた構成である。それ以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
FIG. 5 is an external perspective view of a
図6は、図5の直流導体200をX軸方向から平面視した図である。図6に示されるように、ライン部M21は、線路導体211と、補強部212,213とを含む。補強部212,213は、線路導体211の両縁にそれぞれ固定されている。補強部212,213は、絶縁体から形成されている。
FIG. 6 is a plan view of the
ライン部M22は、線路導体221と、補強部222,223とを含む。補強部222,223は、線路導体221の両縁にそれぞれ固定されている。補強部222,223は、絶縁体から形成されている。
The line portion M22 includes a
直流導体に含まれる複数のライン部の全てが、絶縁体によって形成された補強部によって補強されている必要はない。図7に示される実施の形態2の変形例に係る直流導体200Aのように、或るライン部においては図5のライン部M21と同様の構成とする一方で、他のライン部においては図2のライン部M11と同様の構成としてもよい。 All of the plurality of line portions included in the DC conductor need not be reinforced with reinforcing portions made of insulators. As in the DC conductor 200A according to the modification of the second embodiment shown in FIG. 7, some line portions have the same configuration as the line portion M21 in FIG. may have the same configuration as that of the line portion M11.
以上、実施の形態2および変形例に係る電力変換装置によれば、短絡事故が発生した場合の直流導体の破損および変形を抑制することができる。その結果、電力変換装置が短絡事故から復旧するのに要する時間を短縮することができる。 As described above, according to the power converter according to the second embodiment and the modified example, it is possible to suppress damage and deformation of the DC conductor when a short-circuit accident occurs. As a result, the time required for the power converter to recover from the short circuit accident can be shortened.
[実施の形態3]
実施の形態1,2においては、2レベルインバータについて説明した。実施の形態3においては、3レベルインバータについて説明する。
[Embodiment 3]
In the first and second embodiments, two-level inverters have been described. In the third embodiment, a 3-level inverter will be described.
図8は、実施の形態3に係る電力変換装置の一例であるインバータ3の回路図である。図8に示されるように、インバータ3は、端子P31~P34と、スイッチング素子Q31~Q34と、ダイオードD31~D36と、コンデンサC31,C32と、ヒューズFs31~Fs33とを備える。インバータ3は、3レベルインバータである。
FIG. 8 is a circuit diagram of the
端子P31,P34には、直流電源B31から直流電力が入力される。端子P34,P32には、直流電源B32から直流電力が入力される。直流電源B31,B32は、直流電力を出力するものであればどのようなものでもよく、たとえば発電機、コンバータ、および蓄電池を含む。 DC power is input to the terminals P31 and P34 from the DC power supply B31. DC power is input to the terminals P34 and P32 from the DC power supply B32. The DC power sources B31 and B32 may be of any type as long as they output DC power, and include generators, converters, and storage batteries, for example.
コンデンサC31は、端子P31とP34との間に接続されている。コンデンサC32は、端子P34とP32との間に接続されている。 Capacitor C31 is connected between terminals P31 and P34. Capacitor C32 is connected between terminals P34 and P32.
スイッチング素子Q31~Q34は、端子P31とP32との間において直列に接続されている。スイッチング素子Q31~Q34の各々は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を含む。スイッチング素子Q31のエミッタと、スイッチング素子Q32のコレクタが接続点N31において接続されている。端子P33は、接続点N31に接続されている。スイッチング素子Q33のエミッタは、スイッチング素子Q31のコレクタに接続されている。スイッチング素子Q34のコレクタは、スイッチング素子Q32のエミッタに接続されている。 Switching elements Q31-Q34 are connected in series between terminals P31 and P32. Each of switching elements Q31-Q34 includes, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The emitter of switching element Q31 and the collector of switching element Q32 are connected at connection point N31. The terminal P33 is connected to the connection point N31. The emitter of switching element Q33 is connected to the collector of switching element Q31. The collector of switching element Q34 is connected to the emitter of switching element Q32.
ダイオードD31~D34は、それぞれスイッチング素子Q31~Q34に逆並列に接続されている。ダイオードD35のカソードは、スイッチング素子Q31のコレクタに接続されている。ダイオードD35のアノードとダイオードD36のカソードは、接続点N32において接続されている。ダイオードD36のアノードは、スイッチング素子Q32のエミッタに接続されている。 Diodes D31-D34 are connected in anti-parallel to switching elements Q31-Q34, respectively. The cathode of diode D35 is connected to the collector of switching element Q31. The anode of diode D35 and the cathode of diode D36 are connected at connection point N32. The anode of diode D36 is connected to the emitter of switching element Q32.
ヒューズFs31は、端子P31とスイッチング素子Q33のコレクタとの間に接続されている。ヒューズFs32は、端子P32とスイッチング素子Q34のエミッタとの間に接続されている。ヒューズFs33は、端子P34と接続点N32との間に接続されている。 Fuse Fs31 is connected between terminal P31 and the collector of switching element Q33. Fuse Fs32 is connected between terminal P32 and the emitter of switching element Q34. The fuse Fs33 is connected between the terminal P34 and the connection point N32.
インバータ3は、直流電源B31,B32からの直流電力が通過するパワーラインを有する。パワーラインは、たとえば端子P31からスイッチング素子Q33のコレクタまでの経路、端子P32からスイッチング素子Q34のエミッタまでの経路、および端子P34から接続点N32までの経路を含む。当該パワーラインは、実施の形態1、実施の形態1の変形例、および実施の形態2において説明した直流導体を含む。
以上、実施の形態3に係る電力変換装置によれば、短絡事故が発生した場合の直流導体の破損および変形を抑制することができる。その結果、電力変換装置が短絡事故から復旧するのに要する時間を短縮することができる。
As described above, according to the power converter according to
実施の形態1~3においては、直流電力が通過するパワーラインを有する電力変換装置が、インバータである場合を説明した。実施の形態に係る電力変換装置は、直流電力が通過するパワーラインを有していればよく、たとえば、DC(Direct Current)-DCコンバータ、あるいはAC(Alternating Current)-DCコンバータであってもよい。 In the first to third embodiments, the case where the power conversion device having the power line through which DC power passes is an inverter has been described. The power conversion device according to the embodiment only needs to have a power line through which direct current power passes, and may be, for example, a DC (Direct Current)-DC converter or an AC (Alternating Current)-DC converter. .
今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わされて実施されることも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It is also planned that the embodiments disclosed this time will be appropriately combined and implemented within a non-contradictory range. It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
1,3 インバータ、100,100A,200 直流導体、111,121,211,221 線路導体、112,113,122,123,212,213,222,223 補強部、B1,B31,B32 直流電源、C11,C31,C32 コンデンサ、D1,D2,D31~D36 ダイオード、Fs1,Fs2,Fs31~Fs33 ヒューズ、In1~In6 碍子、M11,M12,M21,M22,M92 ライン部、P1~P3,P31~P34 端子、Q1,Q2,Q31~Q34 スイッチング素子。
1, 3
Claims (4)
前記パワーラインは、
第1方向に延在し、前記第1方向と直交する第2方向において互いに対向する第1ライン部および第2ライン部と、
前記第1ライン部と前記第2ライン部との間に配置された第1絶縁体とを含み、
前記第2方向において、前記第1絶縁体の厚みは、前記第1ライン部の厚みよりも厚く、
前記第1ライン部は、
前記第1方向に延在する第1線路導体と、
前記第1方向に延在し、前記第1線路導体の両縁にそれぞれ沿って固定された第1補強部および第2補強部とを有する、電力変換装置。 A power conversion device having a power line through which DC power passes,
The power line is
a first line portion and a second line portion extending in a first direction and facing each other in a second direction orthogonal to the first direction;
a first insulator disposed between the first line portion and the second line portion;
In the second direction, the thickness of the first insulator is greater than the thickness of the first line portion,
The first line part is
a first line conductor extending in the first direction;
A power converter, comprising: a first reinforcing portion and a second reinforcing portion extending in the first direction and fixed along both edges of the first line conductor.
前記第1方向に延在する第2線路導体と、
前記第1方向に延在し、前記第2線路導体の両縁にそれぞれ沿って固定された第3補強部および第4補強部とを有する、請求項1に記載の電力変換装置。 The second line section is
a second line conductor extending in the first direction;
2. The power converter according to claim 1, further comprising a third reinforcing portion and a fourth reinforcing portion extending in said first direction and fixed along both edges of said second line conductor.
前記第1ライン部は、前記第1線路導体および前記第1補強部の接続部分において屈曲しているとともに、前記第1線路導体および前記第2補強部の接続部分において屈曲している、請求項1または2に記載の電力変換装置。 The first line conductor, the first reinforcing portion, and the second reinforcing portion are integrally formed,
The first line portion is bent at a connecting portion between the first line conductor and the first reinforcing portion, and bent at a connecting portion between the first line conductor and the second reinforcing portion. 3. The power converter according to 1 or 2.
3. The power converter according to claim 1, wherein said first reinforcing portion and said second reinforcing portion are made of a second insulator.
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