JP4502510B2 - Ｖｓｃ変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明及び従来技術の分野）
本発明は、直流電圧を交流電圧に及びその逆に変換するＶＳＣ変換装置であって、ＮＰＣ接続による少なくとも１相脚部を備え、即ちターン・オフ形式の少なくとも１つの半導体デバイスと、これと逆並列に接続された第１の整流部材とからなり、直列に接続された４電流バルブを備え、直列接続の２内部バルブ間の前記相脚部上の１点が交流電圧網の相に接続されるようにし、かつ前記相脚部の反対端が直流電圧網又は直流電圧中間リンクのそれぞれの極導体に接続するようにし、前記第１の整流部材と前記直列接続に関して同一方向に方向付けされた２つの第２のいわゆるクランプ整流部材の直列接続が前記直列接続の外側バルブのうちの１つと隣接する内部バルブとの間の一端上の点と、前記直列接続の前記外側バルブの他方と前記隣接する内部バルブとの間の他端上の点との間に接続され、２つの前記クランプ整流部材間の中点が前記極導体間に直列に接続された複数のコンデンサにより定められたゼロ電位に接続されているＶＳＣ変換装置に関する。
【０００２】
直流電圧網と交流電圧網との間を接続するこのようなＶＳＣ変換装置は、アンデルス・リンドベリ（Ａｎｄｅｒｓ Ｌｉｎｄｂｅｒｇ）（クンリガー・テクニスカ・ヘーグスコーラン（Ｋｕｎｇｌｉｇａ Ｔｅｋｎｉｓｋａ Ｈｏｇｓｋｏｌａｎ：王立技術高等学校）、スットクホルム、１９９５年）による論文「ＰＷＭ及び２及び３レベル電力電源変換装置の制御（ＰＷＭ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｗｏ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｌｅｖｅｌ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ）」により最近知られることになり、その出版において、このような変換装置を利用すると同時に高電圧直流（ＨＶＤＣ）用の直流電圧網を介して電力を伝送するプラントを説明している。前記論文を発行する前は、直流電圧網と交流電圧網との間で電力を伝送するプラントは、送電所において線路−転流ＣＳＣ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：電流源変換装置）の使用に基づいていた。しかしながら、この論文において、この場合は高電圧直流電流用に、全般的に電圧固定である直流電圧網と、これに接続された交流電圧網との間で電力を伝送する代わりに、強制転流用のＶＳＣ変換装置（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：電源変換装置）の使用に基づき、ＨＤＶＣにおいて線路−転流ＣＳＣ変換装置を使用することに関連していくつかの重要な効果が得られる全く新しい概念を説明しており、これに関して、有効電力及び無効電力の消費は、互いに関連し合って制御されてもよく、変換装置における転流失敗の危険はなく、従って線路−転流ＣＳＣに発生する恐れのある異なるＨＶＤＣリンク間での転流失敗の危険性はないと云うことができる。更に、弱い交流電圧網、又はそれ自身は発電しない網に給電する可能性も存在する（死交流電圧網）。そこには更なる効果もある。
【０００３】
本発明は、この応用に限定されず、変換装置がＳＶＣにおける変換を意図すると全く同様であってもよく、その場合に、直流電圧網はＤＣ−中間リンクにより置換される。更に、「網（ネットワーク）」には、非常に広い意味が与えられるべきであって、この世界の実際的な意味においてこのような網について論議する必要もない。しかしながら、ここで、本発明の問題は本発明の範囲内で考えられる全ての応用に共通しているが、本発明の問題をこの応用について正確に説明する。電流固定ＣＳＣ変換装置に代わって、序文で述べた形式の変換装置を使用するときは、前の装置に存在しなかった新しい問題が発生する。これについて以下、図１、２及び３を参照して説明する。まず、いわゆるＮＰＣ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｏｉｎｔ Ｃｌａｍｐｅｄ：中性点クランプ）接続を使用すること、従って、相端子がいわゆる２パルス・ブリッジ、又は３相の場合はいわゆる６パルス・ブリッジに関連したゼロ電圧と共に、それぞれの極導体からの正負の電圧を供給する相端子を設けることができることを意味する利点は、低いスイッチング周波数を使用することができ、これがより低い損失及びより高い効率に帰結することであると云ってもよい。しかしながら、これは、依然として、まだ説明していない前記問題を避けることができない。序文で述べた形式のＶＳＣ変換装置１は、図１に示されており、直列に接続された４電流バルブ３〜６を有する相脚部２を有し、各電流バルブは、ＩＧＢＴ７のように、ターン・オフ形式の少なくとも１つの半導体デバイスと、これと逆並列に接続されたダイオード８の形式による第１の整流部材とからなる。直列接続による２個の内側バルブ４、５間の相脚部上の１点は、交流電圧網の相９に接続されることを意図している。前記直列接続に関連して第１の整流部材と同一方向に方向付けられたダイオードの形式による２つの第２の、いわゆるクランプ整流部材１０、１１の直列接続は、直列接続による１つの外側バルブ３とこれに隣接する内側バルブ４との間の一方の点１２と、直列接続の外側バルブ６と、正極性極導体１６と直流電圧網１８の負極性極導体１７との間の他方の点１３との間に接続されると共に、２クランプ整流部材間の中間点１４は、直流電圧網１８の正極性極導体１６と負極性極導体１７との間に直列に接続されたコンデンサ１９、２０により定められるゼロ電位１５に接続されている。図２及び図３には、転流時に、即ち相端子９上に出力される電圧が変化するときには、何が発生しているかを示す。図２に示した場合において、電流は、バルブ５及び６のダイオードを通って直流電圧網の負極導体１７から相端子９へ流れ、同端子は従って極導体１７の電圧−Ｕ_dを得ることを想定している。電流バルブ３及び４の半導体デバイス７はターン・オフされる。ここで、転流が発生すれば、電流バルブ４内の半導体デバイスがターン・オンするので、電流はクランプ・ダイオード１０及び電流バルブ４を通って相端子９に行くように転流され、従って相端子９はゼロ電位になる。これは、図２に示すループ２１に従った転流電流に帰結する。図３においては、電流バルブ５及び６の第１半導体デバイスがターン・オンし、従って相端子９から極導体１７へ電流が流れ、相端子が電位−Ｕ_dとなって転流が発生するので、電流バルブ６内の半導体デバイスがターン・オフとなり、電流が代わって電流バルブ５及びクランプ・ダイオード１１を通って点１４へ導かれ、かつコンデンサ２０を通って極導体１７へ導かれるので、相出力端子９はゼロ電位になる。従って、小転流ループ２２に従った転流電流を発生させることになる。転流が以上説明したものと逆の順序で発生すれば、転流電流は逆方向にそれぞれの転流ループに流れることになる。同様な転流ループ、即ち大ループ及び小ループも上側のコンデンサ１９を通る転流によって存在する。このようなＶＳＣ変換装置の転流時間は短く、かつ電流の比較的に大きな時間微分係数が形成され、このため、転流回路、即ちその相脚部と、直流電圧を定めるコンデンサにより直流電圧網の極間に接続された線路とにおけるインダクタンスを、不必要に高い過電圧、従って前記転流上の損失を回避するように、可能な限り低いレベルに下げることが望ましいものにする。
【０００４】
（発明の概要）
発明の目的は、序文で定義した形式のＶＳＣ変換装置を提供することであり、以上で述べた問題が満足する方法により解決された。
【０００５】
この目的は、本発明によれば、少なくとも２つの電流バルブ及びクランプ整流部材を相互に接近して配置して、変換装置の転流の際に発生する転流電流をほぼ反対方向に流すことにより、得られる。
【０００６】
このようにして、このような転流電流が相互に接近して、かつ逆方向に流れるのを保証することにより、互に通過する電流がその反対方向に回転する磁界を発生させて、互に部分的な打ち消しをするので、転流回路のインダクタンスを大幅に減少させることになる。これによって、転流損失を許容し得るレベルに減少させることができる。
【０００７】
本発明の好ましい一実施例によれば、変換装置の転流により発生する複数の転流電流がほぼ反対方向に同一対に属する複数のスタックに流れるように、電流バルブ及びクランプ整流部材が複数対に配置された複数のスタックに配置される。このような複数対のスタック配置は、転流回路の低インダクタンス、従って低転流損失をもたらす。
【０００８】
本発明の他の好ましい実施例によれば、各電流バルブ及びクランプ整流部材は、直列に接続されたほぼ同一の複数ユニットの１又はいくつかのスタックにより形成されており、これらのスタックは広幅に設計され、かつ隣接スタックは相互に短い距離で配置される。この方法にいわゆるリボン・ケーブル技術を利用することにより、結果として、以上で述べた効果を有する低インダクタンスの転流回路が得られる。
【０００９】
本発明の他の好ましい実施例によれば、下記の３対、ａ）第１の電流バルブ、及び第２の外側電流バルブとこれに隣接する前記内部電流バルブとの間に接続された前記クランプ整流部材、ｂ）第２の外側電流バルブ、及び第１の外側電流バルブとこれに隣接する前記内部電流バルブとの間に接続された前記クランプ整流部材、及びｃ）前記２つの内部電流バルブのうちの少なくとも１対において、そこに含まれる２つの部分は、接近して配置され、かつ前記変換装置の転流の際に発生する転流電流が同一対に属する部分においてほぼ反対方向に流れる。これらの異なる対は、図２に示す大転流回路２１、又は電流バルブ３、４、５を通る反対の大転流回路と、クランプ整流部材１１とに属する。この回路における転流電流が長い経路を流れ、またこのような回路により広い領域が囲まれる結果として、このインダクタンスが２個の転流回路のうちで最大のものとなるので、このようにして大転流回路のインダクタンスを減少させていることは、特に重要なこととなる。
【００１０】
最後に述べた実施例の効果的な更なる発展を構成する本発明の他の好ましい実施例によれば、全ての前記対ａ）、ｂ）及びｃ）は、それら対の部分を互いに接近して配置し、かつ前記転流電流が外側電流バルブ、これに隣接する前記内部電流バルブ、前記第２の内部電流バルブ、及び後者に接続されている前記クランプ整流部材を通る大転流ループに流れるときは、各対における前記転流電流が反対方向にされてる。これは、特に低い２大転流回路のインダクタンスと、低許容レベルの転流損失とに帰結する。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施例によれば、前記４個の電流バルブ及び前記複数のクランプ整流部材は、交互にほぼ１列に配置されると共に、直列接続の各外側バルブとこれに接続された前記内部バルブとの間に１クランプ整流部材が配置される。このようして、１列に前記４電流バルブ、及び前記複数のクランプ整流部材を配置することにより、前述した大転流回路２１、２２を小さくすることができる。即ち、それぞれの転流回路により囲まれた領域は、非常に小さくなり、かつこの転流回路により囲まれた領域を減少することにより、前記転流回路のインダクタンスを減少させる。この転流回路は、更に、１列によるこのような配置により非常に狭くなり、これによってそのインダクタンスが減少し、かつ互いに通過する電流は、反対方向に回転する磁界を発生し、かつ互いに部分的な打ち消しをする。かくして、転流損失を許容し得る低いレベルまで低下させることになる。
【００１２】
本発明の他の好ましい実施例によれば、前記電流バルブ（３〜６）及び前記クランプ整流部材は、前記列の延伸部の方向に対してほぼ垂直に延伸するように適応される。これによって、前記列は、比較的に短く作成されてもよく、従って前記転流回路の長さは、減少される、即ち電流の導体距離は短くなり、そのインダクタンスはこの長さに比例するので、これがインダクタンスを減少させる。
【００１３】
本発明の他の好ましい実施例によれば、
前記直列接続されている１外側電流バルブ及びこれに対して最も遠くに位置する前記内部電流バルブは、互いにほぼ並列に配置され、かつ前記２電流バルブ（４、５）は、互いにほぼ並列に配置され、かつ最初に述べた２バルブに対してほぼ１８０°の角度を形成する。これによって、転流回路が可能な限り狭くされ、即ち、これによって囲まれた領域が可能な限り小さくされ、これによってインダクタンスを小さくする。
【００１４】
本発明の他の好ましい実施例によれば、前記２個のクランプ整流部材は、それらの導電方向が互いにほぼ１８０°の角度をなすように配置される。これは、前記回路が可能な限り短く、かつ非常に小さな領域を取り囲むような形式により、ＮＰＣ接続のそれぞれの半分の２転流回路を、それぞれの整流部材を通ることにより、閉じることができることを意味する。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施例によれば、これは最後に説明した実施例の更なる発展を構成し、前記それぞれのクランプ整流部材は、その導電方向がこれに隣接する前記外側電流バルブにおける前記第１の整流部材の前記導電方向とほぼ１８０°の角度をなすように配置されている。これによって、前記転流回路の長さ、及びこれにより取り囲まれた領域を最小寸法とすることができ、従って、その結果として、特に前記効果を有するより小さな転流回路が示される。
【００１６】
本発明の他の好ましい実施例によれば、前記列は、前記外側電流バルブが互いに接近し、かつ前記相脚部がコンパクトになるように、前記相端子の領域においてほぼ１８０°に折り曲げられている。このように、ＶＳＣ変換装置は、極めて容積を節約する形式により配置され、かつ前記列を垂直方向に配置する場合は、このようにして前記高さを減少させることができる。
【００１７】
本発明の他の好ましい実施例によれば、
前記コンデンサは数が２であり、それらのうちの一つは、前記列の各端に対して、そこに位置する外側電流バルブに対する一方の電極により、及びこれに隣接する前記クランプ整流部材に対する他の電極により接続されている。前述したものを組み合わせたこの実施例は、直立する列の場合は、地盤面（グラウンド・レベル）に互いに隣接して２つのコンデンサを配置する。これらコンデンサの当該位置は、転流回路、特に小型転流回路を短くする。
【００１８】
本発明の他の好ましい実施例によれば、各電流バルブは、直列に接続されたターン・オフ形式の複数の半導体デバイスと、これらと逆並列に接続された複数の整流部材とからなり、これらがほぼＵ字状を形成するように配置される。このようにして、互いに通過する電流によってそれぞれの電流バルブにおけるインダクタンスが減少される。
【００１９】
本発明の他の好ましい実施例によれば、これは、以上の実施例の更なる好ましい展開を構成しており、前記Ｕの複数の脚は太く、それらの間の距離はそれぞれの電流バルブのインダクタンスを減少させるために比較的に短い。このようにしてそれぞれの電流バルブを構築することにより、リボン・ケーブルの原理により、インダクタンスを低いレベルに減少させることができる。
【００２０】
本発明の他の好ましい実施例によれば、前記変換装置の前記電流バルブ、前記クランプ整流部材及びコンデンサ間のそれぞれの接続は、低インダクタンスのレール、即ち長さ方向の延伸部に対して縦方向に比較的に大きな幅を有する大きな幅を有する薄いレールにより達成される。これによって、転流回路のインダクタンスが更に減少する。
【００２１】
本発明の他の好ましい実施例によれば、変換装置は、高電圧直流電流（ＨＶＤＣ）用の直流電圧網に接続するようにされている。本発明がまさにこの応用に特によく適合するように、この応用において電流バルブを形成するためには、比較的に多くの数、多分３０個の半導体デバイス、従ってこれらと逆並列に接続される複数の整流部材の直列接続が必要である。
【００２２】
本発明の効果的な特徴と共に更なる効果は、以下の説明及び他の従属請求項から明らかである。
【００２３】
添付する図面を参照して、以下、複数の例として引用する本発明の好ましい実施例の説明を続ける。
【００２４】
（本発明の好ましい実施例の詳細な説明）
図１は既に説明されており、ここでは、高電圧直流電流（ＨＶＤＣ＝Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）又は唯一のＤＣ中間リンク（ＳＶＣ動作）と、３相交流電圧網との間に接続されたＮＰＣ形式のＶＳＣ変換装置の構造を概要的に示し、図１には１相９及び相脚部２のみが示されているが、しかし実際には直流電圧網の２極１６及び１７間に相脚部２と並列に、このような付加的な２つの相脚部が接続される。変換装置の各相脚部は、いわゆる４個の電流バルブを有し、これらは、好ましくは、ＩＧＢＴ形式による直列に接続されたターン・オン及びターン・オフ形式の複数ユニットのブレーカ７と、これと逆並列に接続された整流部材、即ち一方向において導通し、かつその反対方向では阻止するダイオード８の形式による複数の部材とからなる。多数のこのようなユニット、従ってＩＧＢＴは、一つのシングル・ブレーカとして作動するように、同時にターン・オン及びターン・オフするように一つのシングル・バルブに直列に接続されてもよく、バルブに対する電圧は、直列に接続された異なるブレーカに分圧される。これらブレーカの制御は、パルス幅変調（ＰＷＭ）により行われる。更に、既に説明したクランプ・ダイオード１０及び１１は、導通していないバルブ上の電圧をクランプ即ち固定するのを支援するために使用されるので、例えばバルブ５及び６がターン・オンされて、電圧−Ｕ_dが相端子９に印加されるときは、電流バルブ３のダイオード及びダイオード１０は、公知の方法により点１２を０と＋Ｕ_dとの間の電位に「クランプ」する。
【００２５】
この形式の変換装置に存在するインダクタンスの問題は、本説明の序文で全て説明しており、ここでは繰り返さないが、しかし５０Ｈｚ程度のＣＳＣ変換装置におけるスイッチング周波数と逆に、この形式の変換装置において使用される高いスイッチング周波数１又は数ＫＨｚの結果として、転流電流の時間微分係数は、非常に高くなり、従って、究極的に帰結する過電圧及び損失を減少するように転流回路のインダクタンスを減少させようとすることは、重要なことである。ここで、図４〜９を参照して本発明の範囲内に含まれ、本発明による変換装置のいくつかの実施例を説明する。
【００２６】
図４には、どのようにして異なる電流バルブ３〜６及びクランプ・ダイオード１０、１１が実質的に１列に続けて配置される（ｉｎ ａ ｒｏｗ ｏｎｅ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ）かが示されており、電流バルブ５と６との間のダイオード１１のように、直列接続によるそれぞれの外側バルブと、これに接続された内部バルブとの間にクランプ・ダイオードが配置される。電流バルブ及びクランプ・ダイオードは、列の延伸方向に対してほぼ垂直に延伸するように配置される。示されているように、電流バルブ３及び５は、互いにほぼ並列に方向付けられ、一方、電流バルブ４及び６は実質的に互いに並列に方向付けられるが、しかし最初に述べた２電流バルブとほぼ１８０°の角度を形成する。更に、２クランプ・ダイオードは、これに対してそれぞれ隣接する外側バルブ３及び６内のダイオード８の導電方向に対して、反対方向にあるこれらの導電方向により、及び反対方向にある導電方向により、方向付けられている。コンデンサ１９、２０と共に、電流バルブと導電方向との間の異なる接続は、低インダクタンス・レール２３、即ちその長さ方向の延伸に対して横方向に比較的に大きな幅を有する薄いレールにより達成される。これらのレールの形状は、図５〜７に更によく示されている。図４による実施例では、その総合長の少なくとも主要部に関する電流バルブとクランプ・ダイオードとの間の接続２３は、前記列の長さ方向とほぼ並列である。
【００２７】
転流回路は、このような電流バルブの構造により比較的に短い距離を得ると共に小領域を取り囲むので、そのインダクタンスが小さくなる。これは、図２及び３において対応する転流回路は、下記に従って動作するので、図４を見ることにより理解される。大転流回路を考えて上端から開始すると、これは、図４に示すように、クランプ・ダイオード１０を通って左へ、次いで下方の電流バルブ４へ、その半導体デバイスを通って、次いで下方の相端子９へ、更に電流バルブ５へ、その半導体デバイスを通って左へ、次いでまっすぐ下の電流バルブ６へ、その半導体デバイスを通って右へ、次いでコンデンサ２０へ、次いで左へ、その後、中性レール２３を通ってまっすぐ上のクランプ・ダイオード１０へ行く。従って、この回路は、非常に狭くなり、小領域を取り囲む。短い転流回路は、左からクランプ整流部材１１を通って右へ、次いでコンデンサ２０へ、その後、電流バルブ６のダイオードを通って左へ、再び上方のダイオード１１に行く。更に、上側のコンデンサ１９を通る対応したループが存在する。
【００２８】
図５に、図４による構造を備えた３相交流電圧網に接続された変換装置は、各相についてどのようなものかを示す。従って、ここでは、各相脚部２、２’、２”について１つの３相端子９、９’、９”が存在する。図５において上端から左方へ電流バルブ即ちクランプ・ダイオードの構造が示されており、これらはほぼＵ字状を形成するように配置され、直列に接続された多数のユニットからなる。Ｕの脚２４は太く、かつそれらの間の距離は、それぞれの電流バルブ即ちクランプ・ダイオードのインダクタンスを減少させるために比較的に短い。従って、更に「クランプ・ダイオード」即ち「クランプ整流部材」は、直列に接続された、このようなかなりのダイオード又は部材により形成されてもよいと解釈すべきである。
【００２９】
図５に示す実施例では、相脚部がほぼ垂直方向に延伸し、かつ方向付けられているが、コンデンサを有する相脚部が図６及び７から見た外観が得られるように、好ましくはほぼ１８０°の角度により、好ましくは相端子に、かつ列を曲げることも可能であり、これら２つの図に、異なる方向から第２の部分を示す。これによって、変換装置は、非常にコンパクトとなり、垂直方向に配置された場合は、高さをかなり減少させることができ、そのときは、２つのコンデンサを地盤面に配置することができる。
【００３０】
本発明の非常に好ましい実施例が図８に示されており、４個の電流バルブ及びクランプ整流部材が、図２に示す大きな転流ループについて反対方向に流れる転流電流の方向に、互いに接近して配置された３対のスタックに配置されると共に、大きな転流ループは、図２に示す上側の電流バルブを通っている。より正確には、外側バルブ３及びクランプ整流部材１１は一つの対を形成し、また電流バルブ６及びクランプ・ダイオード１０は他の対を形成し、同時に電流バルブ５及び電流バルブ４は第３対を形成する。大転流ループにおける前述した転流電流の方向に複数対により配置された複数スタックにより、このような配置の電流バルブ及びクランプ整流部材は、この転流ループに関して非常に小さなインダクタンスに帰結し、従って転流損失は低レベルに保持される。これは、同一対に属するこれらのスタックが互いに接近して配置され、かついわゆるリボン・ケーブル原理を利用するように大きな幅が与えられているときは、特に効果的である。
【００３１】
第４の好ましい実施例による変換装置は、図９に概要的に示されている。各電流バルブ及びクランプ整流部材は、それぞれこの変換装置内にそれぞれ２スタックに形成され、これらは上端から示され、これらを流れる転流電流の方向は、ＸＥＰ（図に向って）及び・（図から）により示されている。転流電流は、このようにして、かなりの隣接スタックについて反対方向に流れ、従って転流電流を減少させることができる。大転流ループに関して、ここでもまた、４及び５と共に、３及び１１は、対を形成する一方、１０及び６は互いに隣接してはいない。レール２５及び２６を通る転流電流は、その延伸部の大部分を流れるので、転流回路のその部分のインダクタンスも小さくなる。
【００３２】
図１０には、どのようにしてこれらのレールが、好ましくは、設計されて配置され、即ち、幅広く、かついわゆるリボン・ケーブルの原理を利用するために小さな相互距離により配置されるのかが示されている。
【００３３】
本発明による形式の変換装置は、このような状況において発生する損失を小さくすることにより、有効電力及び無効電力の両方に使用可能とされる。
【００３４】
本発明は、勿論、どのような方法であっても以上で説明した好ましい実施例にに限定されず、ここことは請求の範囲から明らかなように、本発明の基本的な概念から逸脱することなく、その変形に対して多くの可能性が当該技術分野において習熟する者に明らかである。
【００３５】
例えば、請求の範囲において「ほぼ垂直な」及び「に対してほぼ１８０°の角度にする」は、広い意味が与えられるべきであり、電流バルブ及びクランプ整流部材は前記列の長さ方向の延伸部に対して横方向に適応され、これらは、それぞれ主として反対方向に方向付けされ、更にこれらの角度に比較的に近く角度にも転換される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による形式のＶＳＣ変換装置の構造を示す概要回路図であり、これを１相についてのみ示されている。
【図２】 どのようにすれば転流電流用の転流回路を異なる２可能転流用に形成することができるのかを示す図１に対応する図である。
【図３】 どのようにすれば転流電流用の転流回路を異なる２可能転流用に形成することができるのかを示す図１に対応する図である。
【図４】 本発明の第１の好ましい実施例によるＶＳＣ変換装置の構造を概要的に示す。
【図５】 図４に示す形式のＶＳＣ変換装置を示し、ここでは全ての３相脚部を示す。
【図６】 本発明の前記好ましい実施例によるＶＳＣ変換装置を示す図であり、図はＶＳＣ変換装置を異なる方向から示す。
【図７】 本発明の前記好ましい実施例によるＶＳＣ変換装置を示す図であり、図はＶＳＣ変換装置を異なる方向から示す。
【図８】 本発明の第３の好ましい実施例によるＶＳＣ変換装置の構造を概要的に示す。
【図９】 本発明の第４の好ましい実施例によるＶＳＣ変換装置の構造を概要的に示す。
【図１０】 本発明によるＶＳＣ変換装置の導体レールの効果的な実施例及び配置を示す。

Claims (20)

1. 直流電圧を交流電圧に及びその逆に変換するＶＳＣ変換装置であって、ＮＰＣ接続による少なくとも１相脚部（２）を備え、即ちターン・オフ形式の少なくとも１つの半導体デバイス（７）及び逆並列に接続された第１の整流部材（８）を含み、直列に接続された４個の電流バルブ（３〜６）を備え、前記相脚部における直列接続の２個の内部バルブ（４、５）間の１点が交流電圧網の相（９）に接続されるようにし、かつ前記相脚部の対向端部が直流電圧網又は直流電圧中間リンクのそれぞれの極導体（１６、１７）に接続するようにし、前記バルブ直列接続に関して前記第１の整流部材と同一方向に方向付けされた２つの第２のクランプ整流部材（１０、１１）の直列の接続が前記バルブ直列接続の外側バルブのうちの１つ（３）と隣接する内部バルブ（４）との間の一端上の点（１２）と、前記バルブ直列接続の前記外側バルブの他方（６）と前記隣接する内部バルブ（５）との間の他端の点（１３）との間に接続され、２つの前記クランプ整流部材間の中点（１４）が前記極導体間に直列に接続された複数のコンデンサ（１９、２０）により定められたゼロ電位に接続されているＶＳＣ変換装置において、前記電流バルブ及び前記クランプ整流部材の少なくとも２つは、前記変換装置の転流の際に発生した転流電流が実質的に反対方向に流れるように、互いに近接して配置され、
   前記４電流バルブ及び前記クランプ整流部材は、ほぼ交互に１列に配置されると共に、直列接続の各外側バルブ（３、６）とこれに接続された前記内部バルブ（４、５）との間に別のクランプ整流部材（１０、１１）が配置され、
   前記２個のクランプ整流部材（１０、１１）は、それらの導電方向が互いに実質１８０°の角度をなすように配置され、
   前記クランプ整流部材（１０、１１）のそれぞれは、その導電方向がこれに隣接する前記外側電流バルブ（３、６）における前記第１の整流部材（８）の前記導電方向と実質１８０°の角度をなすように配置されることを特徴とするＶＳＣ変換装置。
2. 前記電流バルブ及び前記クランプ整流部材は、複数対に配置された複数のスタックに配置され、かつ前記変換装置の転流が同一対（４、５；６、１０；３、１１）に属する複数のスタックにおいて実質的に反対方向に流れるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の変換装置。
3. 各電流バルブ（３〜６）及びクランプ整流部材（１０、１１）は、直列に接続された実質同一の複数ユニットの１又は複数のスタックにより形成され、前記スタックは太い幅に設計され、かつ隣接するスタックは、短い相互距離で配置される、請求項１又は２記載の変換装置。
4. 前記電流バルブ（３〜６）及び前記クランプ整流部材（１０、１１）を互いに接続するレール（２３、２５、２６）を備え、かつこれらのレールは、前記変換装置の転流の際に発生する転流電流が隣接するレールを介してほぼ反対方向にその延伸部の少なくとも複数部分にまたがって流れるように、配置されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の変換装置。
5. 下記の３対、ａ）第１（３）の電流バルブ、及び第２の外側電流バルブ（６）とこれに隣接する前記内部電流バルブ（５）との間に接続された前記クランプ整流部材（１１）、ｂ）第２の外側電流バルブ（６）、及び第１の外側電流バルブ（３）とこれに隣接する前記内部電流バルブ（４）との間に接続された前記クランプ整流部材（１０）、及びｃ）前記２個の内部電流バルブ（４、５）のうちの少なくとも１対において、そこに含まれる２つの部分は、前記変換装置の転流の際に発生する転流電流が同一対に属する部分において実質反対方向に流れるように、互いに近接して配置されることを特徴とする、請求項１記載の変換装置。
6. 全ての前記対ａ）、ｂ）及びｃ）は、それら対の部分（３〜６、１０〜１１）が、前記転流電流が外側電流バルブ（６）、これに隣接する前記内部電流バルブ（５）、前記他方の内部電流バルブ（４）、及び後者に接続されている前記クランプ整流部材（１０）を通る大転流ループに流れるときは、各対における前記転流電流が反対方向にされるように、互いに近接して配置されることを特徴とする請求項５記載の変換装置。
7. 前記電流バルブ（３〜６）及び前記クランプ整流部材（１０、１１）は、前記列の延伸部の方向に対してほぼ垂直に延伸するように配置されることを特徴とする請求項６記載の変換装置。
8. 前記直列接続されている１個の外側電流バルブ（３）及びこれに対して最も遠くに位置する前記内部電流バルブ（５）は、互いに実質並列に配置され、かつ前記２個の電流バルブ（４、５）は、互いにほぼ並列に配置され、かつ最初に述べた２個のバルブに対して実質１８０°の角度をなすことを特徴とする、請求項６又は７記載の変換装置。
9. 前記列は、前記外側電流バルブ（３、６）が互いに近接し、かつ前記相脚部がコンパクトになるように、前記相端子（９）の領域において実質１８０°に折り曲げられることを特徴とする、請求項１記載の変換装置。
10. 各電流バルブ（３、６）は、直列に接続されたターン・オフ形式の複数の半導体デバイス（７）と、これらと逆並列に接続された複数の整流部材（８）とからなり、これらがほぼＵ字状を形成するように配置されたことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかの請求項に記載の変換装置。
11. 前記Ｕの複数の脚部（２４）は太く、それらの間の距離はそれぞれの電流バルブのインダクタンスを減少させるために比較的に小さいことを特徴とする、請求項１０記載の変換装置。
12. 前記電流バルブ（３〜６）、前記クランプ整流部材（１０、１１）及び前記変換装置のコンデンサ（１９、２０）間のそれぞれの接続（２３）は、低インダクタンスのレール、即ち長さ方向の延伸部に対して縦方向に比較的に大きな幅を有する薄いレールにより形成されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかの請求項に記載の変換装置。
13. 前記電流バルブ（３〜６）と前記クランプ整流部材（１０、１１）との間、少なくともその総長の主要部にまたがる接続（２３）は、ほぼ前記列の長さ方向に延伸していることを特徴とする、請求項１記載の変換装置。
14. 前記コンデンサ（１９、２０）は、数が２であり、それらのうちの一つは、前記列の各端に対して、そこに位置する外側電流バルブ（３、６）に対する一方の電極により、及びこれに隣接する前記クランプ整流部材（１０、１１）に対する他の電極により接続されることを特徴とする、請求項１記載の変換装置。
15. 前記複数のコンデンサのうちの一つ（１９）は、導電方向の関連において、前記電流バルブの反対端、及び前記第２のコンデンサ（２０）に関連したクランプ整流部材に接続されていることを特徴とする、請求項１４記載の変換装置。
16. 前記クランプ整流部材（１０、１１）は、ダイオードであることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかの請求項に記載の変換装置。
17. 前記第１の整流部材（８）は、ダイオードであることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかの請求項に記載の変換装置。
18. 前記半導体デバイス（７）は、ＩＧＢＴであることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかの請求項に記載の変換装置。
19. 交流電圧網の複数相（９、９’、９”）に接続する複数相脚部（２、２’、２”）を有する、請求項１〜１８のいずれかの請求項に記載の変換装置。
20. 高電圧直流電流（ＨＶＤＣ）用の直流電圧網に接続するようにされている、請求項１〜１９のいずれかの請求項に記載の変換装置。

Images