JP4598495B2

JP4598495B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP4598495B2
Application number: JP2004343653A
Authority: JP
Inventors: 誠中西
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-11-29
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Description

この発明は、交流電源を所望の電圧、周波数に変換する電力変換装置に関するものである。

図１２は従来の電力変換装置の回路構成を示す図である。図１２において、電力変換装置１００は、交流電力（図示左側矢印）を直流に変換するコンバータ１０と、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサ２ａと、上記直流電力を交流電力（図示右側矢印）に変換するインバータ２０から構成される。

コンバータ１０は、Ｕ相の半導体スイッチ部１ｃｕ、Ｖ相の半導体スイッチ部１ｃｖ、Ｗ相の半導体スイッチ部１ｃｗを備えている。これらの半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ、１ｃｗは直流コンデンサ２ａに対して並列接続されており、そのオン・オフ動作によって直流コンデンサ２ａにリプル電流を流す。インバータ２０は、Ｕ相の半導体スイッチ部１ｉｕ、Ｖ相の半導体スイッチ部１ｉｖ、Ｗ相の半導体スイッチ部１ｉｗを備えている。これらの半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ、１ｉｗも直流コンデンサ２ａに対して並列接続されており、そのオン・オフ動作によって直流コンデンサ２ａから負荷側に交流電力を出力する。

そして、コンバータ１０の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ、１ｃｗと直流コンデンサ２ａの間には、ヒューズ３ｃｕ、３ｃｖ、３ｃｗ、３ｃｘ、３ｃｙ、３ｃｚが配設されている。また、インバータ２０の半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ、１ｉｗと直流コンデンサ２ａの間には、ヒューズ３ｉｕ、３ｉｖ、３ｉｗ、３ｉｘ、３ｉｙ、３ｉｚが配設されている。

なお、３相入力のコンバータの場合は、図１２に示したように、半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ及び１ｃｗを並列に接続することで表記できるが、単相入力のコンバータの場合、半導体スイッチ部１ｃｕと１ｃｖを並列に接続することで表記できる。同様に、３相出力のインバータの場合は、半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ及び１ｉｗを並列に接続することで表記できるが、単相出力のインバータの場合、半導体スイッチ部１ｉｕと１ｉｖを並列に接続することで表記できる。

次に、図１２の電力変換装置の動作について説明する。図１２において、図示左側から供給される交流電力は、コンバータ１０の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ、１ｃｗのオン・オフ動作によって、各ヒューズ３ｃｕ、３ｃｖ、３ｃｗ、３ｃｘ、３ｃｙ、３ｃｚを通り、直流コンデンサ２ａに蓄積される。また、直流コンデンサ２ａに蓄積された電力は、半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ、１ｉｗのオン・オフ動作によって、各ヒューズ３ｉｕ、３ｉｖ、３ｉｗ、３ｉｘ、３ｉｙ、３ｉｚを通り、図示右側に交流電力として出力される。すなわち、コンバータ１０及びインバータ２０共に、入力定格電流及び出力定格電流に見合うヒューズを各相の半導体スイッチ部の上下アーム部毎に配置している。

図１３は図１２の電力変換装置のＵ相分の構造を示す図であり、図１３（ａ）は正面図、図１３（ｂ）は右側面図、図１３（ｃ）は底面図である。図１３に示すように、半導体スイッチ部１ｃｕの底面には、当該半導体スイッチ部１ｃｕの発生損失で生じる熱を冷却する冷却フィン４ａが取り付けられている。半導体スイッチ部１ｃｕと直流コンデンサ２ａ１及び２ａ２（図１２の直流コンデンサ２ａの箇所に並列に接続されている）との間には、ヒューズ３ｃｕ及び３ｃｘが挿入されている。半導体スイッチ部１ｃｕが間違って上下アーム部共にオンしてしまった場合、直流コンデンサ２ａから半導体スイッチ部１ｃｕに流れ込むエネルギーのために半導体スイッチ部１ｃｕが破損してしまうのを防ぐ（保護）ためにヒューズ３ｃｕ及び３ｃｘは設置されている。

ここで、図１３で示している構成のみを回路図で示すと、図１７のようになる。ヒューズ３ｃｕ、３ｃｘは回路的に抵抗とインダクタンスで表記でき、これを図１８に示す。この図１８のように、半導体スイッチ部１ｃｕと直流コンデンサ２ａ１、２ａ２の間には、抵抗成分５ｕ及び５ｘ、インダクタンス成分６ｕ及び６ｘが存在する。このうち、インダクタンス成分６ｕ及び６ｘは、半導体スイッチ部１ｃｕのオン・オフ動作時の電流変換により、半導体スイッチ部１ｃｕに過大な電圧（サージ電圧）を発生する要因となる。

また、図１３の構造以外に、例えば図１４のように、半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕを同一の冷却フィン４ｂ上に設置し、付随するヒューズ３ｃｕ、３ｃｘ、３ｉｕ、３ｉｘ、並びに直流コンデンサ２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４も半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕの近辺に配置した構造がある。さらに、半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｉｕがそれぞれ２並列（１ｃｕ１、１ｃｕ２、１ｉｕ１、１ｉｕ２）で構成された図１５のような場合もある。また、それ以上の並列で構成された場合もある。なお、図１４の構成で図１２の電力変換装置の全体の構造を示すと、図１６のようになる。

特開平２−７９７２０号公報（図１）

従来の電力変換装置は以上のように構成されており、コンバータ及びインバータ共に、入力定格電流及び出力定格電流に見合うヒューズを各相の半導体スイッチ部の上下アーム部に配置しているため、定格の大きいヒューズを多数使用しなければならず、そのため寸法の大きい装置構成となり、かつ経済的でないという問題があった。

また、半導体スイッチ部と直流コンデンサの間にヒューズを配置しているため、ヒューズのインダクタンス成分による半導体スイッチのサージ電圧増大という電力変換装置の信頼性を低下させる問題があった。

この発明は、上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、従来に比べて定格の小さなヒューズを使用して少数で構成できると共に、半導体スイッチ部のサージ電圧を低減できる電力変換装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る電力変換装置は、交流電力を直流に変換するコンバータと、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、上記コンバータ及び上記インバータは、それぞれ各相毎に一対のアーム部を直列に接続した半導体スイッチ部を備え、上記コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、上記インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と同相の半導体スイッチ部とが並列に接続され、それぞれの上記並列接続点に対して単一の直流コンデンサが共通に並列接続され、かつ、上記各並列接続点と上記直流コンデンサの間にはそれぞれヒューズが個別に配設されていることを特徴とする。

第２の発明に係る電力変換装置は、交流電力を直流に変換するコンバータと、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、上記コンバータ及び上記インバータは、それぞれ各相毎に一対のアーム部を直列に接続した半導体スイッチ部を備え、上記コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、上記インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と異なる相の半導体スイッチ部とが並列に接続され、それぞれの上記並列接続点に対して単一の直流コンデンサが共通に並列接続され、かつ、上記各並列接続点と上記直流コンデンサの間にはそれぞれヒューズが個別に配設されていることを特徴とする。

第３の発明に係る電力変換装置は、交流電力を直流に変換するコンバータと、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、上記コンバータ及び上記インバータは、それぞれ各相毎に一対のアーム部を直列に接続した半導体スイッチ部を備え、上記コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、上記インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と同相の半導体スイッチ部と、直流コンデンサとが互いに並列に接続され、かつ、上記並列接続点同士がそれぞれヒューズを介して互いに接続されていることを特徴とする。

第４の発明に係る電力変換装置は、交流電力を直流に変換するコンバータと、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、上記コンバータ及び上記インバータは、それぞれ各相毎に一対のアーム部を直列に接続した半導体スイッチ部を備え、上記コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、上記インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と異なる相の半導体スイッチ部と、直流コンデンサとが互いに並列に接続され、かつ、上記並列接続点同士がそれぞれヒューズを介して互いに接続されていることを特徴とする。

第１の発明に係る電力変換装置によれば、コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と同相の半導体スイッチ部とを並列に接続し、それぞれの並列接続点に対して単一の直流コンデンサを共通に並列接続すると共に、各並列接続点と直流コンデンサの間にそれぞれヒューズを個別に配設しているので、従来と比較して定格の小さいヒューズを使用することができる。さらに、従来と比較してヒューズ使用数を低減でき、経済的に優れた電力変換装置を提供することができる。

第２の発明に係る電力変換装置によれば、コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、インバータの上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と異なる相の半導体スイッチ部とを並列に接続し、それぞれの並列接続点に対して単一の直流コンデンサを共通に並列接続すると共に、各並列接続点と直流コンデンサの間にそれぞれヒューズを個別に配設しているので、従来と比較して定格の小さいヒューズを使用することができる。さらに、従来と比較してヒューズ使用数を低減でき、経済的に優れた電力変換装置を提供することができる。さらに、第１の発明と比較して、コンバータとインバータの半導体スイッチ部の相の組み合わせの制約がなくなるために、各構成要素の配置の自由度が増し、設計時間の短縮が可能になる。

第３の発明に係る電力変換装置によれば、コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と同相の半導体スイッチ部と、直流コンデンサとを互いに並列に接続し、かつ、上記並列接続点同士をそれぞれヒューズを介して互いに接続しているので、従来と比較して定格の小さいヒューズを使用することができる。さらに、従来と比較してヒューズ使用数を低減でき、経済的に優れた電力変換装置を提供することができる。また、半導体スイッチ部から直流コンデンサまでの回路にインダクタンス成分が無い構成となるため、当該回路のインダクタンス成分が低減でき、インダクタンス成分による半導体スイッチ部のサージ電圧を抑制することができ、電力変換装置の信頼性を向上することができる。

第４の発明に係る電力変換装置によれば、コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と異なる相の半導体スイッチ部と、直流コンデンサとを互いに並列に接続し、かつ、上記並列接続点同士をそれぞれヒューズを介して互いに接続しているので、従来と比較して定格の小さいヒューズを使用することができる。さらに、従来と比較してヒューズ使用数を低減でき、経済的に優れた電力変換装置を提供することができる。また、半導体スイッチ部から直流コンデンサまでの回路にインダクタンス成分が無い構成となるため、当該回路のインダクタンス成分が低減でき、インダクタンス成分による半導体スイッチ部のサージ電圧を抑制することができ、電力変換装置の信頼性を向上することができる。さらに、第３の発明と比較して、コンバータとインバータの半導体スイッチ部の相の組み合わせの制約がなくなるために、各構成要素の配置の自由度が増し、設計時間の短縮が可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力変換装置の回路構成を示す図である。図１において、電力変換装置１００は、交流電力（図示左側矢印）を直流に変換するコンバータ１０と、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサ２ａと、上記直流電力を交流電力（図示右側矢印）に変換するインバータ２０から構成される。

コンバータ１０は、Ｕ相の半導体スイッチ部１ｃｕ、Ｖ相の半導体スイッチ部１ｃｖ、Ｗ相の半導体スイッチ部１ｃｗを備えている。各半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ、１ｃｗは、半導体スイッチ素子６０とそれに逆並列接続された還流ダイオード６１から成る一対のアーム部５０及び５１を直列に接続することにより構成されている。また、コンバータ１０では、交流電源（図示せず）からのＵ相を半導体スイッチ部１ｃｕの一対のアーム部の接続点に、Ｖ相を半導体スイッチ部１ｃｖの一対のアーム部の接続点に、Ｗ相を半導体スイッチ部１ｃｗの一対のアーム部の接続点に入力している。

インバータ２０は、Ｕ相の半導体スイッチ部１ｉｕ、Ｖ相の半導体スイッチ部１ｉｖ、Ｗ相の半導体スイッチ部１ｉｗを備えている。各半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ、１ｉｗは、半導体スイッチ素子６０とそれに逆並列接続された還流ダイオード６１から成る一対のアーム部５０及び５１を直列に接続することにより構成されている。また、インバータ２０では、半導体スイッチ部１ｉｕの一対のアーム部の接続点からＵ相を、半導体スイッチ部１ｉｖの一対のアーム部の接続点からＶ相を、半導体スイッチ部１ｉｗの一対のアーム部の接続点からＷ相をそれぞれ取り出し、負荷である電動機（図示せず）等に出力する。

そして、コンバータ１０のＵ相の半導体スイッチ部１ｃｕと、インバータ２０のＵ相の半導体スイッチ部１ｉｕとが並列に接続されている。また、コンバータ１０のＶ相の半導体スイッチ部１ｃｖと、インバータ２０のＶ相の半導体スイッチ部１ｉｖとが並列に接続されている。また、コンバータ１０のＷ相の半導体スイッチ部１ｃｗと、インバータ２０のＷ相の半導体スイッチ部１ｉｗとが並列に接続されている。

さらに、半導体スイッチ部１ｃｕと半導体スイッチ部１ｉｕの並列接続点Ｐ１及びＮ１の間、半導体スイッチ部１ｃｖと半導体スイッチ部１ｉｖの並列接続点Ｐ２及びＮ２の間、半導体スイッチ部１ｃｗと半導体スイッチ部１ｉｗの並列接続点Ｐ３及びＮ３の間には、共通の直流コンデンサ２ａが接続されている。

さらに、半導体スイッチ部１ｃｕと半導体スイッチ部１ｉｕの並列接続点Ｐ１及びＮ１と直流コンデンサ２ａの間には、ヒューズ３ｕ、３ｘが接続されている。また、半導体スイッチ部１ｃｖと半導体スイッチ部１ｉｖの並列接続点Ｐ２及びＮ２と直流コンデンサ２ａの間には、ヒューズ３ｖ、３ｙが接続されている。また、半導体スイッチ部１ｃｗと半導体スイッチ部１ｉｗの並列接続点Ｐ３及びＮ３と直流コンデンサ２ａの間には、ヒューズ３ｗ、３ｚが接続されている。

図２は図１の電力変換装置の全体構成を示す構造図である。図２において、Ｕ相用の半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕの底面には、当該半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕの発生損失で生じる熱を冷却する冷却フィン４ｂ１が取り付けられている。半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕと直流コンデンサ２ａ１、２ａ２、２ａ３（図１の直流コンデンサ２ａの箇所に並列に接続されている）との間には、ヒューズ３ｕ及び３ｘが挿入されている。同様に、Ｖ相用の半導体スイッチ部１ｃｖ及び１ｉｖの底面には冷却フィン４ｂ２が取り付けられ、半導体スイッチ部１ｃｖ及び１ｉｖと直流コンデンサ２ａ４、２ａ５、２ａ６の間にはヒューズ３ｖ及び３ｙが挿入されている。また、Ｗ相用の半導体スイッチ部１ｃｗ及び１ｉｗの底面には冷却フィン４ｂ３が取り付けられ、半導体スイッチ部１ｃｗ及び１ｉｗと直流コンデンサ２ａ７、２ａ８、２ａ９の間にはヒューズ３ｗ及び３ｚが挿入されている。

次に、この発明の実施の形態１による電力変換装置の動作について説明する。図１において、図示左側から供給される交流電力は、コンバータ１０の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ、１ｃｗのオン・オフ動作によって、ヒューズ３ｕ、３ｖ、３ｗ、３ｘ、３ｙ、３ｚを通り、直流コンデンサ２ａに直流電力として蓄積される。また、直流コンデンサ２ａに蓄積された直流電力は、インバータ２０の半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ、１ｉｗのオン・オフ動作によって、ヒューズ３ｕ、３ｖ、３ｗ、３ｘ、３ｙ、３ｚを通り、図１の右側に出力される。

この時、例えばヒューズ３ｕ（３ｘ）において、図３に示すように、交流電源から半導体スイッチ部１ｃｕを通ってコンデンサ２ａに流れる電流Ａと、コンデンサ２ａから半導体スイッチ部１ｉｕに流れる電流Ｂとが相殺し合う。従って、ヒューズ３ｕ（３ｘ）は従来のヒューズ３ｃｕ（３ｃｘ）に比較して定格の小さなヒューズを使用できる。なお、ヒューズ３ｖ及び３ｙ、さらにヒューズ３ｗ及び３ｚの場合も同様な動作となる。

一方、図４に示すように、コンバータ１０の半導体スイッチ部１ｃｕにおいて一対のアーム部が同時通電（短絡）した場合、直流コンデンサ２ａの短絡電流Ｃが図示矢印のように流れ、ヒューズ３ｕ、３ｘが溶断する。また、インバータ２０の半導体スイッチ部１ｉｕにおいて一対のアーム部が同時通電（短絡）した場合、直流コンデンサ２ａの短絡電流Ｄが図示矢印のように流れ、ヒューズ３ｕ、３ｘが溶断する。なお、その他の半導体スイッチ部の短絡動作も同様である。

以上のように実施の形態１によれば、コンバータ１０における各相の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ，１ｃｗと、インバータ２０における上記コンバータの各相の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ，１ｃｗと同相の半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ，１ｉｗとを並列に接続し、それぞれの並列接続点の間（Ｐ１とＮ１の間、Ｐ２とＮ２の間、Ｐ３とＮ３の間）に共通の直流コンデンサ２ａを接続すると共に、各並列接続点（Ｐ１とＮ１、Ｐ２とＮ２、Ｐ３とＮ３）と直流コンデンサ２ａの間にそれぞれヒューズ３ｕ、３ｘ、３ｖ、３ｙ、３ｗ、３ｚを配設しているので、従来と比較して定格の小さいヒューズを使用することができる。

さらに、半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕ、１ｃｖ及び１ｉｖ、１ｃｗ及び１ｉｗに対して、それぞれヒューズ３ｕ及び３ｘ、３ｖ及び３ｙ、３ｗ及び３ｚを上下２箇所のみ配設しているので、従来と比較してヒューズ使用数を低減でき、経済的に優れた電力変換装置を提供することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、コンバータとインバータの同じ相の半導体スイッチ部を並列に接続し、その並列接続点と直流コンデンサの間にヒューズを配設する場合について説明したが、本実施の形態では、コンバータとインバータの異なる相の半導体スイッチ部を並列に接続し、その並列接続点と直流コンデンサの間にヒューズを配設する。

図５はこの発明の実施の形態２による電力変換装置の回路構成を示す図である。図５において、コンバータ１０のＵ相の半導体スイッチ部１ｃｕと、インバータ２０のＶ相の半導体スイッチ部１ｉｖとが並列に接続されている。また、コンバータ１０のＶ相の半導体スイッチ部１ｃｖと、インバータ２０のＷ相の半導体スイッチ部１ｉｗとが並列に接続されている。また、コンバータ１０のＷ相の半導体スイッチ部１ｃｗと、インバータ２０のＵ相の半導体スイッチ部１ｉｕとが並列に接続されている。

そして、半導体スイッチ部１ｃｕと半導体スイッチ部１ｉｖの並列接続点Ｐ４及びＮ４の間、半導体スイッチ部１ｃｖと半導体スイッチ部１ｉｗの並列接続点Ｐ５及びＮ５の間、半導体スイッチ部１ｃｗと半導体スイッチ部１ｉｕの並列接続点Ｐ６及びＮ６の間には、共通の直流コンデンサ２ａが接続されている。

さらに、半導体スイッチ部１ｃｕと半導体スイッチ部１ｉｖの並列接続点Ｐ４及びＮ４と直流コンデンサ２ａの間には、ヒューズ３ｕ、３ｘが接続されている。また、半導体スイッチ部１ｃｖと半導体スイッチ部１ｉｗの並列接続点Ｐ５及びＮ５と直流コンデンサ２ａの間には、ヒューズ３ｖ、３ｙが接続されている。また、半導体スイッチ部１ｃｗと半導体スイッチ部１ｉｕの並列接続点Ｐ６及びＮ６と直流コンデンサ２ａの間には、ヒューズ３ｗ、３ｚが接続されている。

図５の電力変換装置のその他の構成及び動作は、図１（実施の形態１）の構成及び動作と同様であるので、その説明は省略する。

以上のように実施の形態２によれば、コンバータ１０における各相の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ，１ｃｗと、インバータ２０の上記コンバータの各相の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ，１ｃｗと異なる相の半導体スイッチ部１ｉｖ，１ｉｗ、１ｉｕとを並列に接続し、それぞれの並列接続点の間（Ｐ４とＮ４の間、Ｐ５とＮ５の間、Ｐ６とＮ６の間）に共通の直流コンデンサ２ａを接続し、各並列接続点（Ｐ４とＮ４、Ｐ５とＮ５、Ｐ６とＮ６）と直流コンデンサ２ａの間にそれぞれヒューズ３ｕ、３ｘ、３ｖ、３ｙ、３ｗ、３ｚを配設しているので、従来と比較して定格の小さいヒューズを使用することができる。

さらに、半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｖ、１ｃｖ及び１ｉｗ、１ｃｗ及び１ｉｕに対して、それぞれヒューズ３ｕ及び３ｘ、３ｖ及び３ｙ、３ｗ及び３ｚを上下２箇所のみ配設しているので、従来と比較してヒューズ使用数を低減でき、経済的に優れた電力変換装置を提供することができる。

さらに、上記実施の形態１と比較して、コンバータ１０とインバータ２０の半導体スイッチ部の相の組み合わせの制約がなくなるために、各構成要素の配置の自由度が増し、設計時間の短縮が可能になる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による電力変換装置の回路構成を示す図である。

本実施の形態の電力変換装置は、図６に示すように、コンバータ１０のＵ相の半導体スイッチ部１ｃｕと、インバータ２０のＵ相の半導体スイッチ部１ｉｕと、直流コンデンサ２ｂ１とが並列に接続されている。また、コンバータ１０のＶ相の半導体スイッチ部１ｃｖと、インバータ２０のＶ相の半導体スイッチ部１ｉｖと、直流コンデンサ２ｂ２とが並列に接続されている。また、コンバータ１０のＷ相の半導体スイッチ部１ｃｗと、インバータ２０のＷ相の半導体スイッチ部１ｉｗと、直流コンデンサ２ｂ３とが並列に接続されている。

そして、半導体スイッチ部１ｃｕ、半導体スイッチ部１ｉｕ及び直流コンデンサ２ｂ１の並列接続点Ｐ７及びＮ７と、半導体スイッチ部１ｃｖ、半導体スイッチ部１ｉｖ及び直流コンデンサ２ｂ２の並列接続点Ｐ８及びＮ８と、半導体スイッチ部１ｃｗ、半導体スイッチ部１ｉｗ及び直流コンデンサ２ｂ３の並列接続点Ｐ９及びＮ９とは、それぞれヒューズ３ｕ及び３ｘ、３ｖ及び３ｙ、３ｗ及び３ｚを介して接続されている。

図７は図６の電力変換装置のＵ相分を示す構造図であり、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は右側面図、図７（ｃ）は底面図である。図７において、Ｕ相用の半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕの底面には、当該半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕの発生損失で生じる熱を冷却する冷却フィン４ｂが取り付けられている。半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕの間には直流コンデンサ２ｂ１１、２ｂ１２、２ｂ１３（図６の直流コンデンサ２ｂ１の箇所に並列に接続されている）が並列に配置されている。そして、半導体スイッチ部１ｃｕ、半導体スイッチ部１ｉｕ及び直流コンデンサ２ｂ１の並列接続点Ｐ７及びＮ７には、ヒューズ３ｕ及び３ｘが接続されている。このように、構造的には、半導体スイッチ１ｃｕ及び１ｉｕと直流コンデンサ２ｂ１１、２ｂ１２、２ｂ１３の間にヒューズが位置しない構成となっている。なお、図６の電力変換装置の全体（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の構造を示すと図８のようになる。

本実施の形態においては、図９に示すように、例えばコンバータ１０の半導体スイッチ部１ｃｕにおいて一対のアーム部が同時通電（短絡）した場合、直流コンデンサ２ｂ１からの電流Ｅが図示矢印のように流れ、直流コンデンサ２ｂ２からの電流Ｆがヒューズ３ｖ、３ｕ、３ｘ、３ｙを介して図示矢印のように流れ、直流コンデンサ２ｂ３からの電流Ｇがヒューズ３ｗ、３ｕ、３ｘ、３ｚを介して図示矢印のように流れる。したがって、ヒューズ３ｕ、３ｘには他のヒューズ３ｖ、３ｗ、３ｙ、３ｚより電流が多く流れることになり、溶断する。なお、その他の構成及び動作は上記実施の形態の説明と同様である。

以上のように実施の形態３によれば、コンバータ１０における各相の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ，１ｃｗと、インバータ２０における上記コンバータの各相の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ，１ｃｗと同相の半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ，１ｉｗと、直流コンデンサ２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３とを並列に接続し、並列接続点Ｐ７及びＮ７、Ｐ８及びＮ８、Ｐ９及びＮ９をそれぞれヒューズ３ｕ及び３ｘ、３ｖ及び３ｙ、３ｗ及び３ｚを介して接続しているので、従来と比較して定格の小さいヒューズを使用することができる。

さらに、半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｖ、１ｃｖ及び１ｉｗ、１ｃｗ及び１ｉｕに対して、それぞれヒューズ３ｕ及び３ｘ、３ｖ及び３ｙ、３ｗ及び３ｚを２箇所のみ配設しているので、従来と比較してヒューズ使用数を低減でき、経済的に優れた電力変換装置を提供することができる。

また、コンバータ１０及びインバータ２０のＵ相用の半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕのブロックを回路図で示すと、図１０のようになる。図１０において、半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕから直流コンデンサ２ｂ１１、２ｂ１２、２ｂ１３までの回路にインダクタンス成分が無い構成となる。このため、当該回路ブロックのインダクタンス成分が低減でき、インダクタンス成分による半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｕのサージ電圧を抑制することができ、電力変換装置の信頼性を向上することができる。

実施の形態４．
上記実施の形態３では、コンバータとインバータの同じ相の半導体スイッチ部と直流コンデンサを並列に接続し、各並列接続点をそれぞれヒューズを介して接続する場合について説明したが、本実施の形態では、コンバータとインバータの異なる相の半導体スイッチ部と直流コンデンサを並列に接続し、各並列接続点をそれぞれヒューズを介して接続する構成とする。

図１１はこの発明の実施の形態４による電力変換装置の回路構成を示す図である。図１１において、コンバータ１０のＵ相の半導体スイッチ部１ｃｕと、インバータ２０のＶ相の半導体スイッチ部１ｉｖと、直流コンデンサ２ｂ１とが並列に接続されている。また、コンバータ１０のＶ相の半導体スイッチ部１ｃｖと、インバータ２０のＷ相の半導体スイッチ部１ｉｗと、直流コンデンサ２ｂ２とが並列に接続されている。また、コンバータ１０のＷ相の半導体スイッチ部１ｃｗと、インバータ２０のＵ相の半導体スイッチ部１ｉｕと、直流コンデンサ２ｂ３とが並列に接続されている。

そして、半導体スイッチ部１ｃｕ、半導体スイッチ部１ｉｖ及び直流コンデンサ２ｂ１の並列接続点Ｐ１０及びＮ１０と、半導体スイッチ部１ｃｖ、半導体スイッチ部１ｉｗ及び直流コンデンサ２ｂ２の並列接続点Ｐ１１及びＮ１１と、半導体スイッチ部１ｃｗ、半導体スイッチ部１ｉｕ及び直流コンデンサ２ｂ３の並列接続点Ｐ１２及びＮ１２とは、それぞれヒューズ３ｕ及び３ｘ、３ｖ及び３ｙ、３ｗ及び３ｚを介して接続されている。

図１１の電力変換装置のその他の構成及び動作は、上記実施の形態の構成及び動作と同様であるので、その説明は省略する。

以上のように実施の形態４によれば、コンバータ１０における各相の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ，１ｃｗと、インバータ２０における上記コンバータの各相の半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ，１ｃｗと異なる相の半導体スイッチ部１ｉｖ，１ｉｗ、１ｉｕと、直流コンデンサ２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３とを並列に接続し、並列接続点Ｐ１０及びＮ１０、Ｐ１１及びＮ１１、Ｐ１２及びＮ１２をそれぞれヒューズ３ｕ及び３ｘ、３ｖ及び３ｙ、３ｗ及び３ｚを介して接続しているので、従来と比較して定格の小さいヒューズを使用することができる。

また、例えば、コンバータ１０及びインバータ２０の半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｖのブロックにおいて、半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｖから直流コンデンサ２ｂ１までの回路にインダクタンス成分が無い構成となる。このため、当該回路ブロックのインダクタンス成分が低減でき、インダクタンス成分による半導体スイッチ部１ｃｕ及び１ｉｖのサージ電圧を抑制することができ、電力変換装置の信頼性を向上することができる。

さらに、上記実施の形態３と比較して、コンバータ１０とインバータ２０の半導体スイッチ部の相の組み合わせの制約がなくなるために、各構成要素の配置の自由度が増し、設計時間の短縮が可能になる。

上記実施の形態１〜４の説明において、３相入力のコンバータの場合は、図１、図５、図９及び図１１に示したように、半導体スイッチ部１ｃｕ、１ｃｖ及び１ｃｗを並列に接続することで表記できるが、単相入力のコンバータの場合、半導体スイッチ部１ｃｕと１ｃｖを並列に接続することで表記でき、上記実施の形態を同様に適用できる。同様に、３相出力のインバータの場合は、半導体スイッチ部１ｉｕ、１ｉｖ及び１ｉｗを並列に接続することで表記できるが、単相出力のインバータの場合、半導体スイッチ部１ｉｕと１ｉｖを並列に接続することで表記でき、上記実施の形態を同様に適用できる。

この発明の実施の形態１による電力変換装置の回路構成を示す図である。この発明の実施の形態１による電力変換装置の全体構成を示す構造図である。この発明の実施の形態１による電力変換装置の動作を示す回路図である。この発明の実施の形態１による電力変換装置の動作を示す回路図である。この発明の実施の形態２による電力変換装置の回路構成を示す図である。この発明の実施の形態３による電力変換装置の回路構成を示す図である。この発明の実施の形態３による電力変換装置のＵ相分の構成を示す構造図である。この発明の実施の形態３による電力変換装置の全体構成を示す構造図である。この発明の実施の形態３による電力変換装置の動作を示す回路図である。この発明の実施の形態３による電力変換装置のＵ相分の回路を示す図である。この発明の実施の形態４による電力変換装置の回路構成を示す図である。従来の電力変換装置の回路構成を示す図である。従来の電力変換装置のＵ相分の構造を示す図である。従来の電力変換装置のＵ相分の構造を示す図である。従来の電力変換装置のＵ相分の構造を示す図である。従来の電力変換装置の全体の構造を示す図である。従来の電力変換装置のＵ相分の回路を示す図である。従来の電力変換装置のＵ相分の等価回路を示す図である。

符号の説明

１ｃｕ，１ｃｖ，１ｃｗ，１ｉｕ，１ｉｖ，１ｉｗ半導体スイッチ部、
２ａ，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３直流コンデンサ、
３ｕ，３ｖ，３ｗ，３ｘ，３ｙ，３ｚヒューズ、１０インバータ、
２０コンバータ、
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２Ｐ側並列接続点、
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６，Ｎ７，Ｎ８，Ｎ９，Ｎ１０，Ｎ１１，Ｎ１２Ｎ側並列接続点。

Claims

交流電力を直流に変換するコンバータと、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、上記コンバータ及び上記インバータは、それぞれ各相毎に一対のアーム部を直列に接続した半導体スイッチ部を備え、上記コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、上記インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と同相の半導体スイッチ部とが並列に接続され、それぞれの上記並列接続点に対して単一の直流コンデンサが共通に並列接続され、かつ、上記各並列接続点と上記直流コンデンサの間にはそれぞれヒューズが個別に配設されていることを特徴とする電力変換装置。
交流電力を直流に変換するコンバータと、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、上記コンバータ及び上記インバータは、それぞれ各相毎に一対のアーム部を直列に接続した半導体スイッチ部を備え、上記コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、上記インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と異なる相の半導体スイッチ部とが並列に接続され、それぞれの上記並列接続点に対して単一の直流コンデンサが共通に並列接続され、かつ、上記各並列接続点と上記直流コンデンサの間にはそれぞれヒューズが個別に配設されていることを特徴とする電力変換装置。
交流電力を直流に変換するコンバータと、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、上記コンバータ及び上記インバータは、それぞれ各相毎に一対のアーム部を直列に接続した半導体スイッチ部を備え、上記コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、上記インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と同相の半導体スイッチ部と、直流コンデンサとが互いに並列に接続され、かつ、上記並列接続点同士がそれぞれヒューズを介して互いに接続されていることを特徴とする電力変換装置。
交流電力を直流に変換するコンバータと、上記直流を直流電力として蓄電するコンデンサと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、上記コンバータ及び上記インバータは、それぞれ各相毎に一対のアーム部を直列に接続した半導体スイッチ部を備え、上記コンバータにおける各相の半導体スイッチ部と、上記インバータにおける上記コンバータの各相の半導体スイッチ部と異なる相の半導体スイッチ部と、直流コンデンサとが互いに並列に接続され、かつ、上記並列接続点同士がそれぞれヒューズを介して互いに接続されていることを特徴とする電力変換装置。