JP3221270B2 - 電力変換装置及びスナバ装置 - Google Patents
電力変換装置及びスナバ装置Info
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
- H03K17/0814—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
- H03K17/08148—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in composite switches
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自己消弧形スイッチン
グ素子を用いたインバータ等の電力変換装置の主回路構
成の改良に関する。
グ素子を用いたインバータ等の電力変換装置の主回路構
成の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、比較的容量の大きなインバータ装
置の自己消弧形スイッチング素子に設けられるスナバ回
路の構成は、例えば、 実開昭59−149489号公報，
実開昭61−156490号公報， 実開昭62−41389号公
報， 特開昭62−217864 号公報及び 特開平5−28
4731 号公報等に開示されている。すなわち、スイッチ
ング素子と並列に、コンデンサとダイオードを直列接続
したものを設け、上記コンデンサとダイオードの接続点
と反対側の直流ラインとの間に抵抗器を接続したもので
ある。これにより、スイッチング素子のオフ時のサージ
エネルギーを上記コンデンサで吸収し、吸収したサージ
エネルギーを上記抵抗器により消費するという、有極性
のスナバ回路である。
置の自己消弧形スイッチング素子に設けられるスナバ回
路の構成は、例えば、 実開昭59−149489号公報，
実開昭61−156490号公報， 実開昭62−41389号公
報， 特開昭62−217864 号公報及び 特開平5−28
4731 号公報等に開示されている。すなわち、スイッチ
ング素子と並列に、コンデンサとダイオードを直列接続
したものを設け、上記コンデンサとダイオードの接続点
と反対側の直流ラインとの間に抵抗器を接続したもので
ある。これにより、スイッチング素子のオフ時のサージ
エネルギーを上記コンデンサで吸収し、吸収したサージ
エネルギーを上記抵抗器により消費するという、有極性
のスナバ回路である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ス
イッチング素子のオフ時に発生するサージエネルギーを
全て上記有極性スナバ回路内のコンデンサで吸収する必
要があるため、コンデンサ容量が大きくなってしまい、
又、その吸収したエネルギーを消費する抵抗器容量も大
きくなる欠点があった。
イッチング素子のオフ時に発生するサージエネルギーを
全て上記有極性スナバ回路内のコンデンサで吸収する必
要があるため、コンデンサ容量が大きくなってしまい、
又、その吸収したエネルギーを消費する抵抗器容量も大
きくなる欠点があった。
【０００４】本発明の目的は、スナバ容量を低減し、コ
ンパクトなインバータ等の電力変換装置や、そのスナバ
装置を実現することにある。
ンパクトなインバータ等の電力変換装置や、そのスナバ
装置を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、そのある一面
において、直流電源に接続され、各相正負各アームに自
己消弧形スイッチング素子を備え、直流電力を可変電圧
・可変周波数の交流電力に変換するインバータと、上記
各アームの自己消弧形スイッチング素子にそれぞれ並列
接続された第１のコンデンサとダイオードとの直列体を
含む有極性スナバと、これら第１のコンデンサとダイオ
ードの直列接続点と反対側の前記直流電源ラインとの間
に接続された抵抗器とを備えたインバータ装置におい
て、前記直流電源の正負ライン間に、前記各相の直列の
正負アームを跨ぐようにそれぞれ並列に接続された第２
のコンデンサを備えたことを特徴とする。
において、直流電源に接続され、各相正負各アームに自
己消弧形スイッチング素子を備え、直流電力を可変電圧
・可変周波数の交流電力に変換するインバータと、上記
各アームの自己消弧形スイッチング素子にそれぞれ並列
接続された第１のコンデンサとダイオードとの直列体を
含む有極性スナバと、これら第１のコンデンサとダイオ
ードの直列接続点と反対側の前記直流電源ラインとの間
に接続された抵抗器とを備えたインバータ装置におい
て、前記直流電源の正負ライン間に、前記各相の直列の
正負アームを跨ぐようにそれぞれ並列に接続された第２
のコンデンサを備えたことを特徴とする。
【０００６】本発明の他の一面においては、上記第１の
コンデンサとダイオードとの直列体と上記第２のコンデ
ンサの１相分を１つのパッケージに一体に収納する。
コンデンサとダイオードとの直列体と上記第２のコンデ
ンサの１相分を１つのパッケージに一体に収納する。
【０００７】
【作用】上記有極性スナバに加え第２のコンデンサを追
加することにより、スイッチング素子のオフ時に発生す
るサージエネルギーを、第１，第２のコンデンサが分担
して吸収し、上記有極性スナバ容量を低減することがで
きる。この場合、単に、第１のコンデンサの並列数を増
して容量を増やすよりも、第１，第２のコンデンサに分
割して接続，配置した方が、スイッチング素子からコン
デンサへの配線距離を縮めることができ、効果的にスナ
バ回路の各素子容量を低減し、小型軽量化できる。
加することにより、スイッチング素子のオフ時に発生す
るサージエネルギーを、第１，第２のコンデンサが分担
して吸収し、上記有極性スナバ容量を低減することがで
きる。この場合、単に、第１のコンデンサの並列数を増
して容量を増やすよりも、第１，第２のコンデンサに分
割して接続，配置した方が、スイッチング素子からコン
デンサへの配線距離を縮めることができ、効果的にスナ
バ回路の各素子容量を低減し、小型軽量化できる。
【０００８】更に、上記スナバ回路内の第１のコンデン
サとダイオード及び第２のコンデンサを１つのパッケー
ジに納めてモジュール化すれば、スイッチング素子とス
ナバ回路素子との配線距離を最短にし、スナバ回路素子
の容量をより効果的に低減することができる。
サとダイオード及び第２のコンデンサを１つのパッケー
ジに納めてモジュール化すれば、スイッチング素子とス
ナバ回路素子との配線距離を最短にし、スナバ回路素子
の容量をより効果的に低減することができる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例によるインバータ主
回路構成図である。
回路構成図である。
【００１０】直流電源１，２から、平滑コンデンサ３を
介してインバータ４に直流電力を供給する。インバータ
４は、この直流電力を、可変電圧・可変周波数（ＶＶＶ
Ｆ）の交流電力に変換し、３相誘導電動機５に給電す
る。誘導電動機５は、変速機６を介してシーブ７を回転
させ、エレベーター乗りかご８とカウンターウエイト９
を昇降駆動する。
介してインバータ４に直流電力を供給する。インバータ
４は、この直流電力を、可変電圧・可変周波数（ＶＶＶ
Ｆ）の交流電力に変換し、３相誘導電動機５に給電す
る。誘導電動機５は、変速機６を介してシーブ７を回転
させ、エレベーター乗りかご８とカウンターウエイト９
を昇降駆動する。
【００１１】インバータ４は、自己消弧形スイッチング
素子、例えばIGBT101〜106により３相の正負各アームを
構成しており、これらＩＧＢＴはゲート信号発生回路１
１によってＰＷＭ制御される。
素子、例えばIGBT101〜106により３相の正負各アームを
構成しており、これらＩＧＢＴはゲート信号発生回路１
１によってＰＷＭ制御される。
【００１２】自己消弧形スイッチング素子には、その消
弧(オフ)時のエネルギーを吸収するスナバが必須であ
る。まず、公知の構成として、それぞれの素子１０１〜
１０６と並列に、コンデンサ２０１〜２０６とダイオー
ド３０１〜３０６の直列体が接続されている。また、こ
れら直列体の直列接続点を、反対側の直流電源ラインＮ
またはＰにそれぞれ抵抗器４０１〜４０６を介して接続
している。
弧(オフ)時のエネルギーを吸収するスナバが必須であ
る。まず、公知の構成として、それぞれの素子１０１〜
１０６と並列に、コンデンサ２０１〜２０６とダイオー
ド３０１〜３０６の直列体が接続されている。また、こ
れら直列体の直列接続点を、反対側の直流電源ラインＮ
またはＰにそれぞれ抵抗器４０１〜４０６を介して接続
している。
【００１３】更に本発明のこの実施例では、前記直流電
源の正負ラインＰ，Ｎ間に、前記各相の直列の正負アー
ムを跨ぐように、それぞれ並列に接続された各相ごとの
第２のコンデンサ５０１〜５０３を備えている。
源の正負ラインＰ，Ｎ間に、前記各相の直列の正負アー
ムを跨ぐように、それぞれ並列に接続された各相ごとの
第２のコンデンサ５０１〜５０３を備えている。
【００１４】次に、スナバ作用を、Ｕ相を例に採って説
明する。
明する。
【００１５】今、スイッチング素子１０１が点弧、スイ
ッチング素子１０２が消弧している状態で、スイッチン
グ素子１０１が消弧する場合を考える。スイッチング素
子１０１を流れていた電流は急激に遮断され、スイッチ
ング素子１０１の両端にはサージ電圧が発生する。する
と、同じ電圧がコンデンサ２０１とダイオード301の直
列体に印加され、ダイオード３０１は即座に導通し、上
記サージエネルギーはコンデンサ２０１へ吸収される。
すなわち、コンデンサ２０１を、図示＋，−の方向へ充
電する。このようにして吸収されたエネルギーは、その
後、スイッチング素子１０１が再びオンしたときに、コ
ンデンサ２０１(＋)→直流ラインＰ→IGBT101→交流ラ
インＵ→誘導電動機５→交流ラインＶ→IGBT104（また
は交流ラインＷ→IGBT106）→直流ラインＮ→抵抗器４
０１→コンデンサ２０１(−）を通り消費される。
ッチング素子１０２が消弧している状態で、スイッチン
グ素子１０１が消弧する場合を考える。スイッチング素
子１０１を流れていた電流は急激に遮断され、スイッチ
ング素子１０１の両端にはサージ電圧が発生する。する
と、同じ電圧がコンデンサ２０１とダイオード301の直
列体に印加され、ダイオード３０１は即座に導通し、上
記サージエネルギーはコンデンサ２０１へ吸収される。
すなわち、コンデンサ２０１を、図示＋，−の方向へ充
電する。このようにして吸収されたエネルギーは、その
後、スイッチング素子１０１が再びオンしたときに、コ
ンデンサ２０１(＋)→直流ラインＰ→IGBT101→交流ラ
インＵ→誘導電動機５→交流ラインＶ→IGBT104（また
は交流ラインＷ→IGBT106）→直流ラインＮ→抵抗器４
０１→コンデンサ２０１(−）を通り消費される。
【００１６】同じように、スイッチング素子１０１が消
弧、１０２が点弧している状態で、スイッチング素子１
０２が消弧すると、スイッチング素子１０２を流れてい
た電流は急激に遮断され、スイッチング素子１０２の両
端にはサージ電圧が発生する。すると、同じ電圧がコン
デンサ２０２とダイオード３０２の直列体へ印加され、
ダイオード３０２は即座に導通し、上記サージエネルギ
ーはコンデンサ２０２へ吸収される。すなわち、コンデ
ンサ２０２を、図示＋，−の方向へ充電する。このよう
にして吸収されたエネルギーは、その後、スイッチング
素子１０２が再びオンしたときに、コンデンサ２０２
（＋）→抵抗器４０２→直流ラインＰ→IGBT103→交流
ラインＶ（またはIGBT105→交流ラインＷ）→誘導電動
機５→交流ラインＵ→IGBT102 →直流ラインＮ→コンデ
ンサ２０２（−）を通り消費される。
弧、１０２が点弧している状態で、スイッチング素子１
０２が消弧すると、スイッチング素子１０２を流れてい
た電流は急激に遮断され、スイッチング素子１０２の両
端にはサージ電圧が発生する。すると、同じ電圧がコン
デンサ２０２とダイオード３０２の直列体へ印加され、
ダイオード３０２は即座に導通し、上記サージエネルギ
ーはコンデンサ２０２へ吸収される。すなわち、コンデ
ンサ２０２を、図示＋，−の方向へ充電する。このよう
にして吸収されたエネルギーは、その後、スイッチング
素子１０２が再びオンしたときに、コンデンサ２０２
（＋）→抵抗器４０２→直流ラインＰ→IGBT103→交流
ラインＶ（またはIGBT105→交流ラインＷ）→誘導電動
機５→交流ラインＵ→IGBT102 →直流ラインＮ→コンデ
ンサ２０２（−）を通り消費される。
【００１７】ここで、上記コンデンサ２０１や２０２の
充電電圧が電源電圧を超えようとすると、いずれの場合
も、同時にコンデンサ５０１へも上記サージエネルギー
は吸収され、その後電源へ戻され、あるいは、回路配線
全体で消費される。すなわち、電源電圧を超えたコンデ
ンサ２０１の電荷は、コンデンサ２０１（＋）→コンデ
ンサ５０１→直流ラインＮ→抵抗器４０１→コンデンサ
２０１（−）を通り、コンデンサ５０１に吸収される。
一方、電源電圧を超えたコンデンサ２０２の電荷は、コ
ンデンサ２０２(＋)→抵抗器４０２→直流ラインＰ→コ
ンデンサ５０１→コンデンサ２０２（−）を通り、コン
デンサ５０１に吸収される。
充電電圧が電源電圧を超えようとすると、いずれの場合
も、同時にコンデンサ５０１へも上記サージエネルギー
は吸収され、その後電源へ戻され、あるいは、回路配線
全体で消費される。すなわち、電源電圧を超えたコンデ
ンサ２０１の電荷は、コンデンサ２０１（＋）→コンデ
ンサ５０１→直流ラインＮ→抵抗器４０１→コンデンサ
２０１（−）を通り、コンデンサ５０１に吸収される。
一方、電源電圧を超えたコンデンサ２０２の電荷は、コ
ンデンサ２０２(＋)→抵抗器４０２→直流ラインＰ→コ
ンデンサ５０１→コンデンサ２０２（−）を通り、コン
デンサ５０１に吸収される。
【００１８】コンデンサ５０１に吸収されたエネルギー
は、その後、直流電源側の平滑コンデンサ３との間で、
配線に含まれるインダクタンスとにより共振するように
して、回路配線全体に分散して消費され、消滅する。
は、その後、直流電源側の平滑コンデンサ３との間で、
配線に含まれるインダクタンスとにより共振するように
して、回路配線全体に分散して消費され、消滅する。
【００１９】この際、コンデンサ２０１，２０２は、コ
ンデンサ５０１が吸収するエネルギー分だけ容量を低減
できることはもちろん、コンデンサ２０１，２０２の容
量を低減すればその分だけ突入電流が減るため、ダイオ
ード３０１，３０２の容量も低減できる。又、消費すべ
きエネルギーも減少するため、抵抗４０１，４０２の容
量も低減できる。
ンデンサ５０１が吸収するエネルギー分だけ容量を低減
できることはもちろん、コンデンサ２０１，２０２の容
量を低減すればその分だけ突入電流が減るため、ダイオ
ード３０１，３０２の容量も低減できる。又、消費すべ
きエネルギーも減少するため、抵抗４０１，４０２の容
量も低減できる。
【００２０】図２は、上記コンデンサ２０１,２０２,５
０１及びダイオード３０１，３０２を、１つのパッケー
ジに納めたスナバモジュール６０１の斜視図である。こ
のモジュール６０１には、図１に示す直流端子７１１，
７２１、交流端子７３１の外、抵抗器接続端子７４１，
７５１を備えている。このようにして、各素子間の配線
距離を最短にすれば、配線のインダクタンスを低減で
き、コンデンサ５０１のエネルギー吸収が更に効果的に
行われ、各素子の容量を一段と低減できる。
０１及びダイオード３０１，３０２を、１つのパッケー
ジに納めたスナバモジュール６０１の斜視図である。こ
のモジュール６０１には、図１に示す直流端子７１１，
７２１、交流端子７３１の外、抵抗器接続端子７４１，
７５１を備えている。このようにして、各素子間の配線
距離を最短にすれば、配線のインダクタンスを低減で
き、コンデンサ５０１のエネルギー吸収が更に効果的に
行われ、各素子の容量を一段と低減できる。
【００２１】図３〜図５は、図１に示すインバータ装置
の構造を示す平面図，側面図及び正面図である。
の構造を示す平面図，側面図及び正面図である。
【００２２】冷却フイン８０上に、ＩＧＢＴモジュール
８１〜８３を間隔を置いて接着載置する。更に、これら
ＩＧＢＴモジュール８１〜８３の上に、それぞれスナバ
モジュール６０１〜６０３を取り付ける。具体的には、
前記スナバモジュール６０１〜６０３の３つの端子、す
なわち直流端子７１１，７２１及び交流端子７３１を利
用してねじ止めする。これにより、各スイッチング素子
とスナバの配線距離を最短にでき、スナバ容量及び寸法
を小さくすることができる。
８１〜８３を間隔を置いて接着載置する。更に、これら
ＩＧＢＴモジュール８１〜８３の上に、それぞれスナバ
モジュール６０１〜６０３を取り付ける。具体的には、
前記スナバモジュール６０１〜６０３の３つの端子、す
なわち直流端子７１１，７２１及び交流端子７３１を利
用してねじ止めする。これにより、各スイッチング素子
とスナバの配線距離を最短にでき、スナバ容量及び寸法
を小さくすることができる。
【００２３】スナバ抵抗器４０１〜４０６は、まとめて
抵抗器箱８４に収納され、別途冷却される。
抵抗器箱８４に収納され、別途冷却される。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、スナバ装置の容量を低
減できインバータ等の電力変換装置主回路をコンパクト
なものとすることができる。
減できインバータ等の電力変換装置主回路をコンパクト
なものとすることができる。
【図１】本発明の一実施例によるインバータ回路図であ
る。
る。
【図２】本発明の一実施例によるスナバモジュールの外
観斜視図である。
観斜視図である。
【図３】本発明の一実施例によるインバータ装置の平面
図である。
図である。
【図４】本発明の一実施例によるインバータ装置の側面
図である。
図である。
【図５】本発明の一実施例によるインバータ装置の正面
図である。
図である。
１，２…直流電源、４…インバータ、５…３相誘導電動
機、８１〜８３…スイッチング素子（ＩＧＢＴ）モジュ
ール、１０１〜１０６…自己消弧形スイッチング素子
（ＩＧＢＴ）、２０１〜２０６，５０１〜５０３…コン
デンサ、３０１〜３０６…ダイオード、４０１〜４０６
…抵抗器、６０１〜６０３…スナバモジュール。
機、８１〜８３…スイッチング素子（ＩＧＢＴ）モジュ
ール、１０１〜１０６…自己消弧形スイッチング素子
（ＩＧＢＴ）、２０１〜２０６，５０１〜５０３…コン
デンサ、３０１〜３０６…ダイオード、４０１〜４０６
…抵抗器、６０１〜６０３…スナバモジュール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−270772（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−125071（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−322174（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−150073（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 1/06 H02M 1/00 H02M 7/48 H02M 7/5387
Claims (6)
- 【請求項１】直流ライン間に、自己消弧形スイッチング
素子を備えた２つのアームを各相毎に直列接続し、これ
ら直列接続点を交流端子とする電力変換装置において、 前記各アームの自己消弧形スイッチング素子にそれぞれ
並列接続された第１のコンデンサとダイオードとの直列
体と、 これらコンデンサとダイオードの直列接続点と、その反
対側の前記直流ラインとの間に接続された抵抗器と、 前記直流ライン間に、前記各相の直列の正負アームを跨
ぐようにそれぞれ並列に接続された第２のコンデンサ
と、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項２】直流ライン間に、自己消弧形スイッチング
素子を備えた２つのアームを各相毎に直列接続し、これ
ら直列接続点を交流端子とする電力変換装置において、 前記各アームの自己消弧形スイッチング素子にそれぞれ
並列接続された第１のコンデンサとダイオードとの直列
体と、 これら第１のコンデンサとダイオードの直列接続点とそ
の反対側の前記直流ラインとの間に接続された抵抗器
と、 前記直流ライン間に、前記各相の正負アームを跨ぐよう
にそれぞれ並列に接続された第２のコンデンサと、 １相分の、前記第１のコンデンサとダイオードとの直列
体２組、及び前記第２のコンデンサとを収納したパッケ
ージと、 を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項３】請求項２において、前記パッケージは、前
記抵抗器が接続される抵抗器接続端子を備えることを特
徴とする電力変換装置。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記自己消弧形スイッチング素子は冷却フィン上に載置
され、前記抵抗器は別途冷却されることを特徴とする電
力変換装置。 - 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記電力変換装置は、直流電力を可変電圧・可変周波数
の交流電力に変換するインバータ装置であることを特徴
とする電力変換装置。 - 【請求項６】電力変換装置に用いられるスナバ装置であ
って、 第１のコンデンサと第１のダイオードの第１の直列体
と、第２のダイオードと第２のコンデンサの第２の直列
体と、を備え、前記第１の直列体と前記第２の直列体は
直列接続され、 前記第１の直列体と前記第２の直列体の前記直列接続に
並列接続された第３のコンデンサと、 前記第１のコンデンサと前記第１のダイオードの直列接
続点および前記第２のダイオードと前記第２のコンデン
サの直列接続点にそれぞれ接続される抵抗器と、を備
え、 前記第１の直列体と前記第２の直列体の前記直列接続は
電力変換装置の直流ライン間に接続され、 前記第１の直列体と前記第２の直列体の接続点は電力変
換装置の交流端子に接続され、 前記各抵抗器は、それぞれ、前記第１のコンデンサと前
記第１のダイオードの直列接続点とその反対側の直流ラ
インとの間、前記第２のダイオードと前記第２のコンデ
ンサの直列接続点とその反対側の直流ラインとの間に接
続され、 前記第１の直列体，前記第２の直列体および前記第３の
コンデンサがパッケージに収納される ことを特徴とする
スナバ装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05079195A JP3221270B2 (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | 電力変換装置及びスナバ装置 |
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