JP2505080B2 - Power converter - Google Patents

Power converter

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JP2505080B2
JP2505080B2 JP3280258A JP28025891A JP2505080B2 JP 2505080 B2 JP2505080 B2 JP 2505080B2 JP 3280258 A JP3280258 A JP 3280258A JP 28025891 A JP28025891 A JP 28025891A JP 2505080 B2 JP2505080 B2 JP 2505080B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、自己消弧形半導体素
子を用いた電力変換装置に係り、特に、自己消弧形半導
体素子を複数個直列接続して高電圧大容量の電力変換装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter using a self-arc-extinguishing semiconductor element, and more particularly to a power converter having a high voltage and large capacity by connecting a plurality of self-arc-extinguishing semiconductor elements in series. .

【0002】[0002]

【従来の技術】図7乃至図9は、従来の電力変換装置の
構成図である。各図において、1は交流電源、2は変圧
器、3は変換器である。変換器3は、ブリッジ接続した
自己消弧形半導体素子で構成するが、ここでは一例とし
て、ゲ―トタ―ンオフサイリスタ(以下、単にGTOと
記す)を用いて構成する場合について説明する。
2. Description of the Related Art FIGS. 7 to 9 are block diagrams of a conventional power converter. In each figure, 1 is an AC power source, 2 is a transformer, and 3 is a converter. The converter 3 is composed of bridge-connected self-extinguishing semiconductor elements, but here, as an example, a case of using a gate turn-off thyristor (hereinafter, simply referred to as GTO) will be described.

【0003】20はコンデンサで、変換器3の直流出力
電圧を平滑する。211〜21nはU相GTOスイッ
チ、221〜22nはV相GTOスイッチ、231〜2
3nはW相GTOスイッチ、241〜24nはX相GT
Oスイッチ、251〜25nはY相GTOスイッチ、2
61〜26nはZ相GTOスイッチである。
A capacitor 20 smoothes the DC output voltage of the converter 3. 211 to 21n are U-phase GTO switches, 221 to 22n are V-phase GTO switches, and 231-2.
3n is a W-phase GTO switch, 241-224n is an X-phase GT
O switch, 251 to 25n are Y phase GTO switches, 2
61 to 26n are Z-phase GTO switches.

【0004】21〜26はdi/dt抑制回路で、U相
GTOスイッチ211〜21n、V相GTOスイッチ2
21〜22n、W相GTOスイッチ231〜23n、X
相GTOスイッチ241〜24n、Y相GTOスイッチ
251〜25n、Z相GTOスイッチ261〜26nに
それぞれ直列に接続する。以上のU相GTOスイッチ〜
Z相GTOスイッチ211〜26nとdi/dt抑制回
路21〜26をブリッジ接続して、変換器3を構成す
る。27はGTO、28はダイオ―ドで、X相GTOス
イッチ241〜24nがオフしたときの回路電流を還流
するフリ―ホイ―ルダイオ―ドとして作用する。29は
ダイオ―ドで、GTO27をオフするときGTO27に
流れていた電流をコンデンサ30に導く。コンデンサ3
0は、GTO27をオフするときのGTO27の順電圧
の上昇率dv/dtを、素子の許容値以下に抑制するい
わゆるスナバコンデンサとして作用する。31は抵抗器
で、GTO27をオンするときに、コンデンサ30の電
荷を放電する。以上の27〜31によりU相GTOスイ
ッチ211〜21nを構成する。
Reference numerals 21 to 26 are di / dt suppressing circuits, which are U-phase GTO switches 211 to 21n and V-phase GTO switch 2.
21-22n, W-phase GTO switches 231-23n, X
The phase GTO switches 241 to 24n, the Y phase GTO switches 251 to 25n, and the Z phase GTO switches 261 to 26n are connected in series, respectively. Above U-phase GTO switch
The Z-phase GTO switches 211 to 26n and the di / dt suppressing circuits 21 to 26 are bridge-connected to form the converter 3. Reference numeral 27 is a GTO and 28 is a diode, which functions as a freewheel diode that circulates the circuit current when the X-phase GTO switches 241 to 24n are turned off. A diode 29 guides the current flowing through the GTO 27 to the capacitor 30 when the GTO 27 is turned off. Capacitor 3
0 acts as a so-called snubber capacitor that suppresses the forward voltage increase rate dv / dt of the GTO 27 when the GTO 27 is turned off to be equal to or less than the allowable value of the element. Reference numeral 31 denotes a resistor, which discharges the electric charge of the capacitor 30 when the GTO 27 is turned on. The U-phase GTO switches 211 to 21n are constituted by the above 27 to 31.

【0005】他のGTOスイッチ212〜26nも同様
に構成される。32はリアクトルであり、U相GTOス
イッチ211〜21nをオンするときの各GTOの順電
流の上昇率di/dtを、素子の許容値以下に抑制す
る。33はダイオ―ドで、U相GTOスイッチ211〜
21nをオフするときリアクトル32に流れていた電流
を抵抗器34に導く。リアクトル32にトラップされて
いた電磁エネルギは、抵抗器34により消費される。次
に図7乃至図9を参照しながら、従来の電力変換装置の
動作を説明する。
The other GTO switches 212 to 26n are similarly constructed. Reference numeral 32 denotes a reactor that suppresses the forward current increase rate di / dt of each GTO when the U-phase GTO switches 211 to 21n are turned on to be equal to or less than the allowable value of the element. 33 is a diode, U-phase GTO switch 211 ~
When turning off 21n, the current flowing in the reactor 32 is led to the resistor 34. The electromagnetic energy trapped in the reactor 32 is consumed by the resistor 34. Next, the operation of the conventional power converter will be described with reference to FIGS. 7 to 9.

【0006】図7と図8は、Z相GTOスイッチ261
〜26nがオンしている状態で、U相GTOスイッチ2
11〜21nとX相GTOスイッチ241〜24nを交
互にオンオフして、U相電流i2 を制御する様子を示し
ている。i1 は、i2 に対応して変圧器2の1次側に流
れる電流である。図7はX相GTOスイッチ241〜2
4nがオンしている状態である。i2 は、変圧器2の2
次u相から、X相GTOスイッチ24n〜241、di
/dt抑制回路24、di/dt抑制回路26Z相GT
Oスイッチ261〜26nを経由して、変圧器2の2次
w相へ戻る閉ル―プを流れ、変圧器2の2次u相w相間
の電圧により電流が増加する。このときコンデンサ20
の放電電流iD が負荷側へ供給される。
7 and 8 show a Z-phase GTO switch 261.
~ 26n is ON, U-phase GTO switch 2
11A to 21n and X-phase GTO switches 241 to 24n are alternately turned on and off to control the U-phase current i2. i1 is a current flowing through the primary side of the transformer 2 corresponding to i2. FIG. 7 shows X-phase GTO switches 241-2.
4n is on. i2 is 2 of the transformer 2
From the next u phase, X phase GTO switches 24n to 241, di
/ Dt suppression circuit 24, di / dt suppression circuit 26 Z-phase GT
The current flows through the closed loop that returns to the secondary w phase of the transformer 2 via the O switches 261 to 26n, and the current increases due to the voltage between the secondary u phase and w phase of the transformer 2. At this time, the capacitor 20
Discharge current iD is supplied to the load side.

【0007】図8は、X相GTOスイッチ241〜24
nをオフし、U相GTOスイッチ211〜21nをオン
した状態である。i2 は、変圧器2の2次u相から、U
相GTOスイッチ211〜21n、di/dt抑制回路
21、コンデンサ20、di/dt抑制回路26、Z相
GTOスイッチ261〜26nを経由して、変圧器2の
2次w相へ戻る閉ル―プを流れ、このとき、変圧器2の
2次u相w相間の電圧によりコンデンサ20の電圧が高
い状態で動作させるためi2 は減少する。このようにし
て、変圧器2のu相2次電流i2 が制御される。v相、
w相も同様に制御される。
FIG. 8 shows X-phase GTO switches 241-24.
n is turned off and U-phase GTO switches 211 to 21n are turned on. i2 is U from the secondary u phase of the transformer 2
A closed loop that returns to the secondary w-phase of the transformer 2 via the phase GTO switches 211 to 21n, the di / dt suppressing circuit 21, the capacitor 20, the di / dt suppressing circuit 26, and the Z-phase GTO switches 261 to 26n. At this time, the voltage between the secondary u-phase and w-phase of the transformer 2 causes the capacitor 20 to operate in a high voltage state, and i2 decreases. In this way, the u-phase secondary current i2 of the transformer 2 is controlled. v phase,
The w phase is controlled similarly.

【0008】図9は、図7に於てX相GTOスイッチ2
41〜24nをオフすることによて生ずる電流変化を示
している。即ち、図7の電流に図9の電流を加算する
と、図8の電流になる。このため“A”点、“B”点、
“C”点、“D”点、“E”点で囲まれる面積とi2 の
積に比例した磁束変化を生ずる。この時の電磁エネルギ
の変化は、X相GTOスイッチ241〜24nのスナバ
コンデンサ30に吸収され、次にX相GTOスイッチ2
41〜24nをオンするとき抵抗器31に消費される。
FIG. 9 shows the X-phase GTO switch 2 in FIG.
It shows a current change caused by turning off 41 to 24n. That is, when the current of FIG. 9 is added to the current of FIG. 7, the current of FIG. 8 is obtained. Therefore, "A" point, "B" point,
A magnetic flux change proportional to the product of the area surrounded by the "C" point, the "D" point and the "E" point and i2 occurs. The change in the electromagnetic energy at this time is absorbed by the snubber capacitors 30 of the X-phase GTO switches 241 to 24n, and then the X-phase GTO switch 2
When turning on 41 to 24n, it is consumed by the resistor 31.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上の構成から成る従
来の電力変換装置において、変換器3の効率を向上させ
るためには、“A”点、“B”点、“C”点、“D”
点、“E”点で囲まれる面積を小さくして、いわゆる漏
れインダクタンスをできるだけ小さくする必要がある。
ところで、高電圧大容量の電力変換装置を製作する場
合、例えば、U相GTOスイッチ211〜21nを直列
にしたU相ア―ムの長さは電圧に比例し、U相GTOス
イッチ211〜21nとV相GTOスイッチ221〜2
2nで構成されるU相ア―ムとV相ア―ム間の絶縁距離
も電圧に比例するものとすれば、“A”点、“B”点、
“C”点、“D”点、“E”点で囲まれる面積、即ち、
漏れインダクタンスは電圧の二乗に比例することにな
り、高効率の高電圧大容量の変換装置を製作する大きな
障害になっていた。
In order to improve the efficiency of the converter 3 in the conventional power converter having the above-mentioned structure, the points "A", "B", "C", "D" are required. ”
It is necessary to reduce the area surrounded by the points and the "E" points to minimize the so-called leakage inductance.
By the way, when manufacturing a high-voltage large-capacity power converter, for example, the length of a U-phase arm in which U-phase GTO switches 211 to 21n are connected in series is proportional to the voltage. V-phase GTO switch 221-2
Assuming that the insulation distance between the U-phase arm and the V-phase arm composed of 2n is also proportional to the voltage, "A" point, "B" point,
Area surrounded by "C" point, "D" point, "E" point, that is,
The leakage inductance is proportional to the square of the voltage, which has been a major obstacle to manufacturing a high-efficiency, high-voltage, large-capacity converter.

【0010】従って、本発明は以上述べた従来の構成の
欠点を、主回路の接続を改良することによって除去し、
多数のGTOスイッチを直列に接続して構成する高電圧
大容量の、しかも効率の良い電力変換装置を提供するこ
とを目的とする。
Therefore, the present invention eliminates the above-mentioned drawbacks of the conventional structure by improving the connection of the main circuit,
It is an object of the present invention to provide a high-voltage, large-capacity and efficient power conversion device configured by connecting a large number of GTO switches in series.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、第1の自己消弧形半導体素子のカソ―ド
に第1のダイオードのアノードが接続される第1の直列
回路と、第2のダイオードのカソードに第2の自己消弧
形半導体素子のアノ―ドが接続される第2の直列回路
と、前記第1の直列回路の直列接続点と、前記第2の直
列回路の直列接続点との間に接続されるコンデンサを備
え、かつ前記第2の自己消弧形半導体素子のカソ―ドと
前記第1のダイオードのカソードを共通接続し、前記第
2のダイオードのアノードと前記第1の自己消弧形半導
体素子のアノ―ドを共通接続して成るスイッチユニット
を複数個直列接続して電力変換装置のアームを構成した
ことを特徴とするものである。
In order to achieve this object, the present invention provides a first series circuit in which the anode of the first diode is connected to the cathode of the first self-arc-extinguishing semiconductor device. A second series circuit in which the anode of the second self-arc-extinguishing semiconductor element is connected to the cathode of the second diode; the series connection point of the first series circuit; and the second series circuit. A capacitor connected between the circuit and a series connection point of the circuit, and connecting the cathode of the second self-arc-extinguishing semiconductor element and the cathode of the first diode in common, The present invention is characterized in that an arm of a power conversion device is configured by serially connecting a plurality of switch units each having an anode and an anode of the first self-arc-extinguishing semiconductor element connected in common.

【0012】[0012]

【作用】前述のように電力変換装置のアーム構成するこ
とにより、アームに流れている電流をiとすると、各ス
イッチユニットの第1の直列回路にはi/2の電流が、
第2の直列回路にもi/2の電流が流れることになる。
ここで、アームの電流をオフするために、各スイッチユ
ニットの第1の自己消弧形半導体素子及び第2の自己消
弧形半導体素子をオフするときの電流変化は、コンデン
サ→第1の自己消弧形半導体素子→第2のダイオード→
コンデンサの閉ループと、コンデンサ→第1のダイオー
ド→第2の自己消弧形半導体素子→コンデンサの閉ルー
プでi/2の電流変化が生ずる。
By configuring the arm of the power converter as described above, assuming that the current flowing in the arm is i, a current of i / 2 is generated in the first series circuit of each switch unit.
A current of i / 2 will also flow in the second series circuit.
Here, in order to turn off the current of the arm, the current change when turning off the first self-extinguishing semiconductor element and the second self-extinguishing semiconductor element of each switch unit is: capacitor → first self-extinguishing semiconductor element. Arc-extinguishing type semiconductor element → second diode →
A current change of i / 2 occurs in the closed loop of the capacitor, the capacitor → the first diode → the second self-extinguishing semiconductor device → the closed loop of the capacitor.

【0013】即ち、図3“A”、“B”、“C”、
“D”及び“C”、“D”、“E”、“F”で示すよう
に、GTOに流れていた電流を遮断する時の電流変化
は、各スイッチユニット内で完結する。スイッチユニッ
トの直列数をnとするとき、1スイッチユニット内の電
圧は1/nであるから絶縁距離を短くすることが可能
で、漏れインダクタンスを小さくすることができる。
又、このスイッチユニットの直列数をいくら増加して
も、1個のGTOが遮断する電流ル―プの漏れインダク
タンスは変化しないから、高電圧大容量の電力変換装置
の製作が可能になる。
That is, "A", "B", "C",
As indicated by "D" and "C", "D", "E", and "F", the change in current when the current flowing through the GTO is cut off is completed in each switch unit. When the number of switch units in series is n, the voltage in one switch unit is 1 / n, so that the insulation distance can be shortened and the leakage inductance can be reduced.
Further, the leakage inductance of the current loop cut off by one GTO does not change no matter how much the number of series of the switch units is increased, so that it is possible to manufacture a high voltage and large capacity power converter.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図3の構
成図を参照して説明する。図において、1は交流電源、
2は変圧器、3は変換器である。変換器3は、ブリッジ
接続した自己消弧形半導体素子で構成するが、ここで
は、一例としてGTOを用いて構成する場合について説
明する。4は直流リアクトル、5,6はGTO、7,8
はダイオ―ド、9はコンデンサである。以上のGTO
5,6、ダイオ―ド7,8、コンデンサ9でU相スイッ
チユニット111を構成する。同様にしてU相スイッチ
ユニット112〜11nを構成する。以下同様にしてV
相スイッチユニット121〜12n、W相スイッチユニ
ット131〜13n、X相スイッチユニット141〜1
4n、Y相スイッチユニット151〜15n、及びZ相
スイッチユニット161〜16nを構成する。以上のU
相スイッチユニット〜Z相スイッチユニットから成るア
ームをブリッジ接続して変換器3を構成する。次に図1
乃至図3を参照しながら、本発明の動作について説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the block diagrams of FIGS. In the figure, 1 is an AC power supply,
2 is a transformer and 3 is a converter. The converter 3 is composed of bridge-connected self-extinguishing semiconductor elements, but here, as an example, a case of being composed of GTO will be described. 4 is a DC reactor, 5 and 6 are GTOs, 7 and 8
Is a diode and 9 is a capacitor. More GTO
The U-phase switch unit 111 is composed of 5, 6, diodes 7, 8 and capacitor 9. Similarly, the U-phase switch units 112 to 11n are configured. Similarly, V
Phase switch units 121 to 12n, W phase switch units 131 to 13n, X phase switch units 141 to 1
4n, Y-phase switch units 151 to 15n, and Z-phase switch units 161 to 16n. U above
The converter 3 is configured by connecting the arms including the phase switch unit to the Z phase switch unit in a bridge connection. Next in FIG.
The operation of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0015】図1と図2は、U相スイッチユニット11
1〜11nとZ相スイッチユニット161〜16nがオ
ンしている状態で、U相スイッチユニット111〜11
nをオフしV相スイッチユニット121〜12nをオン
して、U相からV相へ正側転流を行う過程を示してい
る。図1は、U相スイッチユニット111〜11nとZ
相スイッチユニット161〜16nがオンしている転流
開始直前の状態である。i2 は、変圧器2の2次u相か
ら、U相スイッチユニット111〜11n、直流リアク
トル4、図示していない負荷、Z相スイッチユニット1
61〜16nを経由して、変圧器2の2次w相へ戻る閉
ル―プを流れる。i1は、i2 に対応して変圧器2の1
次側に流れる電流である。
1 and 2 show a U-phase switch unit 11
1 to 11n and Z-phase switch units 161 to 16n are turned on, U-phase switch units 111 to 11
It shows a process in which n is turned off and V phase switch units 121 to 12n are turned on to perform positive commutation from the U phase to the V phase. FIG. 1 shows U-phase switch units 111 to 11n and Z.
This is a state immediately before the start of commutation in which the phase switch units 161 to 16n are turned on. i2 is the secondary u-phase of the transformer 2, the U-phase switch units 111 to 11n, the DC reactor 4, a load not shown, and the Z-phase switch unit 1
It flows through the closed loop returning to the secondary w-phase of the transformer 2 via 61 to 16n. i1 is 1 of the transformer 2 corresponding to i2
This is the current flowing to the next side.

【0016】図2は、U相スイッチユニット111〜1
1nのGTO5,6を全てオフしV相スイッチユニット
121〜12nのGTO5,6を全てオンして、U相か
らV相への正側転流が開始された直後の状態である。U
相スイッチユニット111〜11nにおいて、i2 はダ
イオ―ド7,8とコンデンサ9に流れる。V相スイッチ
ユニット121〜12nにおいては、GTO5,6を全
てオンすることによりコンデンサ9の電圧がGTO5,
6に対して順方向に加わり、転流電流ic が矢印の方向
に増加する。
FIG. 2 shows U-phase switch units 111 to 1
This is a state immediately after all of the 1n GTOs 5 and 6 are turned off and all of the V-phase switch units 121 to 12n GTOs 5 and 6 are turned on to start positive side commutation from the U phase to the V phase. U
In the phase switch units 111 to 11n, i2 flows to the diodes 7 and 8 and the capacitor 9. In the V-phase switch units 121 to 12n, when the GTOs 5 and 6 are all turned on, the voltage of the capacitor 9 becomes GTO5.
6 is added in the forward direction, and the commutation current ic increases in the direction of the arrow.

【0017】図3は、図1において、U相スイッチユニ
ット111〜11nのGTO5,6をオフすることによ
って生ずる電流変化を示している。例えば、U相スイッ
チユニット111〜11nのGTO5,6をオフする直
前、GTO5とGTO6にそれぞれi2 /2の電流が分
流しているものとすれば、GTO5とGTO6をオフす
ることにより、閉回路“A”、“B”、“C”、
“D”、“A”に矢印で示すi2 /2の電流変化を生ず
る。同時に閉回路“C”、“D”、“E”、“F”
“C”に矢印で示すi2 /2の電流変化を生ずる。この
ため、閉回路“A”、“B”、“C”、“D”、“A”
に、“A”点、“B”点、“C”点、“D”点で囲まれ
る面積とi2 /2の積に比例した磁束変化を生ずる。
FIG. 3 shows a current change caused by turning off the GTOs 5 and 6 of the U-phase switch units 111 to 11n in FIG. For example, immediately before turning off the GTOs 5 and 6 of the U-phase switch units 111 to 11n, if the current of i2 / 2 is shunted to each of the GTO 5 and GTO 6, the closed circuit "is turned off by turning off the GTO 5 and GTO 6. A "," B "," C ",
A current change of i @ 2/2 shown by the arrows in "D" and "A" occurs. At the same time closed circuit "C", "D", "E", "F"
A current change of i @ 2/2 shown by an arrow at "C" occurs. Therefore, closed circuits "A", "B", "C", "D", "A"
Then, a magnetic flux change proportional to the product of the area surrounded by the points "A", "B", "C", and "D" and i2 / 2 occurs.

【0018】同時に閉回路“C”、“D”、“E”、
“F”、“C”に、“C”点、“D”点、“E”点、
“F”点で囲まれる面積とi2 /2の積に比例した磁束
変化を生ずる。このときの電磁エネルギの変化は、GT
O5,6をオフするときにスイッチングロスとして消費
される。これは他のスイッチユニットについても同様で
ある。
At the same time, the closed circuits "C", "D", "E",
"F", "C", "C" point, "D" point, "E" point,
A magnetic flux change proportional to the product of the area surrounded by the "F" points and i @ 2/2 occurs. The change in electromagnetic energy at this time is
When O5 and 6 are turned off, they are consumed as switching loss. This also applies to other switch units.

【0019】図4乃至図6は本発明の他の実施例を示す
構成図であり、簡単のために変換器のブリッジを構成す
る1ア―ム分のみを示している。図において、10〜1
3はGTO、14〜17はダイオ―ド、18,19はコ
ンデンサである。以上のGTO10〜13、ダイオ―ド
14〜17、コンデンサ18,19でスイッチユニット
171を構成する。又、スイッチユニット172〜17
nも同様に構成する。次に、本発明の他の実施例の動作
を図4乃至図6を参照して説明する。図4は、スイッチ
ユニット171〜17nがオンしている状態である。ア
ーム電流i2 は分流し、左右の素子にそれぞれi2 /2
が流れるものとする。
FIGS. 4 to 6 are configuration diagrams showing another embodiment of the present invention, and for simplification, only one arm constituting the bridge of the converter is shown. In the figure, 10 to 1
3 is a GTO, 14 to 17 are diodes, and 18 and 19 are capacitors. A switch unit 171 is constituted by the GTOs 10 to 13, diodes 14 to 17 and capacitors 18 and 19 described above. In addition, the switch units 172-17
n is similarly configured. Next, the operation of another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows a state in which the switch units 171 to 17n are turned on. The arm current i2 is shunted to the left and right elements by i2 / 2.
Shall flow.

【0020】図5は、スイッチユニット171〜17n
のGTO10〜13を全てオフした直後の状態である。
GTO10〜13に流れていた電流は零になり、ダイオ
―ド14〜17に流れる電流は増加してi2 になる。
FIG. 5 shows the switch units 171 to 17n.
This is a state immediately after all GTOs 10 to 13 are turned off.
The current flowing through the GTOs 10-13 becomes zero, and the current flowing through the diodes 14-17 increases to i2.

【0021】図6は、スイッチユニット171〜17n
のGTO10〜13をオフすることによって生ずる電流
変化を示しいてる。例えば、スイッチユニット171の
GTO10〜13をオフする直前、GTO10〜13に
それぞれi2 /2の電流が分流しているものとすれば、
GTO10〜13をオフすることにより閉回路“A”
“B”、“C”、“D”、“A”に矢印で示すi2 /2
の電流変化を生ずる。同時に閉回路“C”、“D”、
“E”、“F”、“C”に矢印で示すi2 /2の電流変
化を生ずる。同時に閉回路“E”、“F”、“G”、
“H”、“E”に矢印で示すi2 /2の電流変化を生ず
る。このため閉回路“A”、“B”、“C”、“D”、
“A”に、“A”点、“B”点、“C”点、“D”点で
囲まれる面積とi2 /2の積に比た磁束変化を生ずる。
同時に閉回路“C”、“D”、“E”、“F”、“C”
に、“C”点、“D”点、“E”点、“F”点で囲まれ
る面積とi2 /2の積に比例した磁束変化を生ずる。同
時に閉回路“E”、“F”、“G”、“H”、“E”
に、“E”点、“F”点、“G”点、“H”点で囲まれ
る面積と、i2 /2の積に比た磁束変化を生ずる。この
ときの電磁エネルギの変化は、GTO10〜13をオフ
するときにスイッチングロスとして消費される。スイッ
チユニット172〜17nについても同様である。
FIG. 6 shows the switch units 171 to 17n.
3 shows the current change caused by turning off the GTOs 10 to 13. For example, if the current of i @ 2/2 is shunted to each of the GTOs 10 to 13 immediately before the GTOs 10 to 13 of the switch unit 171 are turned off,
Closed circuit "A" by turning off GTO10-13
I2 / 2 indicated by arrows on "B", "C", "D", and "A"
Change current. At the same time closed circuit "C", "D",
A current change of i @ 2/2 indicated by an arrow is generated at "E", "F" and "C". At the same time closed circuit "E", "F", "G",
A current change of i @ 2/2 indicated by an arrow is generated at "H" and "E". Therefore, the closed circuits "A", "B", "C", "D",
At "A", a magnetic flux change occurs in proportion to the product of the area surrounded by "A" point, "B" point, "C" point, and "D" point and i2 / 2.
At the same time closed circuit "C", "D", "E", "F", "C"
Then, a magnetic flux change proportional to the product of the area surrounded by the "C" point, the "D" point, the "E" point, and the "F" point and i2 / 2 occurs. At the same time closed circuit "E", "F", "G", "H", "E"
Then, a magnetic flux change occurs in proportion to the product of the area surrounded by the "E" point, the "F" point, the "G" point and the "H" point and i2 / 2. The change in electromagnetic energy at this time is consumed as switching loss when the GTOs 10 to 13 are turned off. The same applies to the switch units 172 to 17n.

【0022】尚、前述説明においては、電力変換装置を
構成する半導体素子をGTOとしたが、本発明はGTO
のみに限定するものではなく、他の種類の自己消弧形半
導体素子を用いても同様の効果を得ることができるもの
である。
In the above description, the semiconductor element forming the power conversion device is the GTO, but the present invention is a GTO.
However, the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained by using other types of self-arc-extinguishing semiconductor elements.

【0023】更に、前述説明はスイッチユニットを複数
個直列接続して構成したアームをブリッジ接続して構成
した電力変換装置を例としたが、このアームを使用して
別の方式の電力変換装置或いは開閉器等を構成すること
もできる。
Further, in the above description, an example of a power conversion device in which a plurality of switch units are connected in series and the arms are bridge-connected is used. A switch etc. can also be configured.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
GTOに流れいてた電流を遮断する時に生ずる電流変化
の閉ル―プが、変換器を構成するブリッジア―ムの各ス
イッチユニット内で完結する。即ち、従来の構成では、
図9“A”、“B”、“C”、“D”、“E”で示すよ
うに、GTOに流れていた電流を遮断する時、他の相の
ア―ムに跨って電流変化を生ずる。従って、GTOスイ
ッチの直列数を増加して高電圧にする程、ア―ムの間隔
も絶縁のために広くする必要があり、従って、漏れイン
ダクタンスの増加によるスイッチング損失の増加のため
高電圧化に限界があった。これに対して本発明は図3
“A”、“B”、“C”、“D”及び“C”“D”、
“E”、“F”で示すように、GTOに流れていた電流
を遮断する時の電流変化は、各スイッチユニット内で完
結する。従って、スイッチユニットの直列数をnとする
とき、各スイッチユニット内の電圧は1/nであるか
ら、絶縁距離を短くすることが可能で、漏れインダクタ
ンスを小さくすることができる。
As described above, according to the present invention,
The closed loop of the current change that occurs when the current flowing in the GTO is cut off is completed in each switch unit of the bridge arm that constitutes the converter. That is, in the conventional configuration,
As shown by “A”, “B”, “C”, “D”, and “E” in FIG. 9, when the current flowing in the GTO is cut off, the current change is spread across the arms of other phases. Occurs. Therefore, as the number of GTO switches connected in series is increased to increase the voltage, it is necessary to increase the distance between the arms for insulation. Therefore, the leakage loss increases and the switching loss increases. There was a limit. In contrast, the present invention is shown in FIG.
"A", "B", "C", "D" and "C""D",
As indicated by “E” and “F”, the change in current when the current flowing through the GTO is cut off is completed within each switch unit. Therefore, when the number of switch units in series is n, the voltage in each switch unit is 1 / n, so that the insulation distance can be shortened and the leakage inductance can be reduced.

【0025】又、このスイッチユニットの直列数をいく
ら増加しても、1個のGTOが遮断する電流ル―プの漏
れインダクタンスは変化しないから、高電圧大容量の電
力変換装置の製作が可能になる。更に、本発明による図
4の結線では、左側の素子と右側の素子はそれぞれ全素
子直列に接続されているから、左側の素子の順方向電圧
降下の和と右側の素子の順方向電圧降下の和をより正確
に合わせることができる。従って、左側の素子に流れる
電流と、右側の素子に流れる電流をより正確にバランス
させることができる。又、図6の、“A”、“B”、
“C”、“D”または“C”、“D”、“E”、“F”
で示すように、GTOに流れていた電流を遮断する時の
電流変化は、図3と同様に、スイッチユニット内で完結
する。このように、本発明の構成によれば、GTOスイ
ッチの直列数を転流上の制約なく増加させることができ
るから、直流送電用の電力変換装置等、非常に高電圧の
電力変換装置を製作することができる。
Further, the leakage inductance of the current loop cut off by one GTO does not change even if the number of series of the switch units is increased, so that a high voltage and large capacity power converter can be manufactured. Become. Further, in the connection of FIG. 4 according to the present invention, since the left element and the right element are all connected in series, the sum of the forward voltage drops of the left element and the forward voltage drop of the right element The sum can be adjusted more accurately. Therefore, the current flowing in the left element and the current flowing in the right element can be more accurately balanced. Also, in FIG. 6, “A”, “B”,
"C", "D" or "C", "D", "E", "F"
As shown in, the change in current when the current flowing through the GTO is cut off is completed in the switch unit, as in FIG. As described above, according to the configuration of the present invention, the number of GTO switches in series can be increased without commutation restrictions. Therefore, a very high voltage power conversion device such as a power conversion device for DC power transmission is manufactured. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す電力変換装置の構成
図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion device showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の動作を説明するための[図1]の通電
経路が変化した状態を示した図。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the energization path of [FIG. 1] is changed to explain the operation of the present invention.

【図3】[図1]のU相アームがオフする過程示した
図。
FIG. 3 is a diagram showing a process in which the U-phase arm of FIG. 1 is turned off.

【図4】本発明の他の実施例を示す電力変換装置の1ア
ーム分の構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram of one arm of a power conversion device showing another embodiment of the present invention.

【図5】[図4]のアームを構成するGTOがオフした
直後の状態を説明するための図。
FIG. 5 is a diagram for explaining a state immediately after the GTO forming the arm in FIG. 4 is turned off.

【図6】[図4]のアームがオフすることによって生ず
る電流変化を説明するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining a change in current that occurs when the arm of FIG. 4 is turned off.

【図7】従来の電力変換装置の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional power conversion device.

【図8】[図7]の通電経路が変化した状態を示した
図。
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the energization path of FIG. 7 has changed.

【図9】従来の電力変換装置の欠点を説明するための通
電経路を示した図。
FIG. 9 is a diagram showing an energization path for explaining a defect of a conventional power conversion device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …交流電源 2 …
変圧器 3 …変換器 4 …
直流リアクトル 5,6 …GTO 7,8 …
ダイオ―ド 9 …コンデンサ 10〜13…
GTO 14〜17…ダイオ―ド 18〜20…
コンデンサ 21〜26…di/dt抑制回路 27 …
GTO 28,29…ダイオ―ド 30 …
コンデンサ 31 …抵抗器 32 …
リアクトル 33 …ダイオ―ド 34 …
抵抗器 111 〜11n …U相スイッチユニット 121 〜12n …
V相スイッチユニット 131 〜13n …W相スイッチユニット 141 〜14n …
X相スイッチユニット 151 〜15n …Y相スイッチユニット 161 〜16n …
Z相スイッチユニット 171 〜17n …スイッチユニット 211 〜21n …
U相GTOスイッチ 221 〜22n …V相GTOスイッチ 231 〜23n …
W相GTOスイッチ 241 〜24n …X相GTOスイッチ 251 〜25n …
Y相GTOスイッチ 261 〜26n …Z相GTOスイッチ
1 ... AC power supply 2 ...
Transformer 3 ... Converter 4 ...
DC reactors 5, 6 ... GTO 7, 8 ...
Diode 9 ... Capacitor 10-13 ...
GTO 14-17 ... diode 18-20 ...
Capacitors 21 to 26 ... Di / dt suppressing circuit 27 ...
GTO 28,29 ... diode 30 ...
Capacitor 31 ... Resistor 32 ...
Reactor 33 ... Diode 34 ...
Resistors 111 ~ 11n ... U-phase switch units 121 ~ 12n ...
V-phase switch units 131 to 13n ... W-phase switch units 141 to 14n ...
X-phase switch units 151 to 15n ... Y-phase switch units 161 to 16n ...
Z-phase switch units 171 to 17n ... Switch units 211 to 21n ...
U-phase GTO switches 221 to 22n V-phase GTO switches 231 to 23n
W-phase GTO switch 241 to 24n ... X-phase GTO switch 251 to 25n ...
Y-phase GTO switch 261-26n ... Z-phase GTO switch

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の自己消弧形半導体素子のカソ―ド
に第1のダイオードのアノードが接続される第1の直列
回路と、第2のダイオードのカソードに第2の自己消弧
形半導体素子のアノ―ドが接続される第2の直列回路
と、前記第1の直列回路の直列接続点と、前記第2の直
列回路の直列接続点との間に接続されるコンデンサを備
え、かつ前記第2の自己消弧形半導体素子のカソ―ドと
前記第1のダイオードのカソードを共通接続し、前記第
2のダイオードのアノードと前記第1の自己消弧形半導
体素子のアノ―ドを共通接続して成るスイッチユニット
を複数個直列接続してアームを構成した電力変換装置。
1. A first series circuit in which an anode of a first diode is connected to a cathode of a first self-arc-extinguishing semiconductor element, and a second self-arc-extinguishing type is connected to a cathode of a second diode. A second series circuit to which the anode of the semiconductor element is connected; a series connection point of the first series circuit; and a capacitor connected between the series connection point of the second series circuit, The cathode of the first diode is commonly connected to the cathode of the second self-arc-extinguishing semiconductor element, and the anode of the second diode and the anode of the first self-arc-extinguishing semiconductor element. A power conversion device in which a plurality of switch units each having a common connection are connected in series to form an arm.
【請求項2】 第1の自己消弧形半導体素子のカソ―ド
に第1のダイオードのアノードが接続される第1の直列
回路と、第2のダイオードのカソードに第2の自己消弧
形半導体素子のアノ―ドが接続される第2の直列回路
と、前記第1の直列回路の直列接続点と、前記第2の直
列回路の直列接続点との間に接続されるコンデンサから
成るスイッチユニットを複数個設け、最下段のスイッチ
ユニットは第1の自己消弧形半導体素子と第2のダイオ
ードのアノードを共通接続し、最上段のスイッチユニッ
トは第2の自己消弧形半導体素子と第1のダイオードの
カソードを共通接続し、中間のスイッチユニットは下段
スイッチユニットの第1のダイオードと上段スイッチユ
ニットの第2のダイオードと、下段スイッチユニットの
第2の自己消弧形半導体素子と上段スイッチユニットの
第1の自己消弧形半導体素子同志をそれぞれ直列接続し
てアームを構成した電力変換装置。
2. A first series circuit in which the anode of the first diode is connected to the cathode of the first self-arc-extinguishing semiconductor element, and the second self-arc-extinguishing type is connected to the cathode of the second diode. A switch including a second series circuit connected to the node of the semiconductor element, a series connection point of the first series circuit, and a capacitor connected between the series connection point of the second series circuit. A plurality of units are provided, the lowermost switch unit commonly connects the first self-extinguishing semiconductor element and the anode of the second diode, and the uppermost switch unit connects the second self-extinguishing semiconductor element and the second diode. The cathodes of the first diode are commonly connected, and the middle switch unit is the first diode of the lower switch unit, the second diode of the upper switch unit, and the second self-extinguishing semiconductor of the lower switch unit. A power converter in which a body element and a first self-extinguishing semiconductor element of an upper switch unit are connected in series to form an arm.
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