JP4600159B2 - 3レベル電力変換装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の3レベル電力変換装置をコンバータとして適用した電気回路図である。
図1において、まずU相ユニットは、直流正極端子Pと直流負極端子Nとの間に第1のスイッチング素子1u、第2のスイッチング素子2u、第3のスイッチング素子3u、第4のスイッチング素子4uが順次直列に接続されている。
同様にしてV相ユニットも、直流正極端子Pと直流負極端子Nとの間に第1のスイッチング素子1v、第2のスイッチング素子2v、第3のスイッチング素子3v、第4のスイッチング素子4vが順次直列に接続されている。
なお、各スイッチング素子1u〜4u、1v〜4vは、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やGTOなどの自己消弧型半導体素子からなり、本実施の形態1ではIGBT5とこのIGBT5に逆並列に接続されたフライホイールダイオード6が一体でモジュール化されている。
同様にして、V相ユニットの第1のスイッチング素子1vと第2のスイッチング素子2vとの接続点7vと、第3のスイッチング素子3vと第4のスイッチング素子4vとの接続点8vとの間に、第1のダイオード9vと第2のダイオード10vが直列接続されている。
そして、コンデンサ11とコンデンサ12との接続点Cと、U相ユニットの第1のダイオード9uと第2のダイオード10uの接続点13u、およびV相ユニットの第1のダイオード9vと第2のダイオード10vの接続点13vがそれぞれ接続されている。
さらに、U相ユニットの第2のスイッチング素子2uと第3のスイッチング素子3uとの間に交流端子14uを備え、同様にV相ユニットの第2のスイッチング素子2vと第3のスイッチング素子3vとの間に交流端子14vを備えている。
続いて、U相ユニットの第1のスイッチング素子1uがターンオフし、第3のスイッチング素子3uがターンオンして図2(c)のモード3へと切り替わる。
続いて、U相ユニットの第4のスイッチング素子4uがターンオフし、第2のスイッチング素子2uがターンオンして図2(f)のモード6へと切り替わる。
1相分の各スイッチング素子および各ダイオードの全発熱損失を100とした場合、例えば表1に示すように、各相の第2のスイッチング素子と第3のスイッチング素子の発熱損失の合計は全体の64%を占めることになる。
即ち、冷却器15の中央に最も発熱損失の小さい第1のダイオード9u、9vと第2のダイオード10u、10vが隣接して配置され、この第1のダイオード9u、9vと第2のダイオード10u、10vの一方側に第1のスイッチング素子1u、1vおよび第2のスイッチング素子2u、2vが冷却風の流れに沿って配置され、第1のダイオード9u、9vと第2のダイオード10u、10vの他方側に第3のスイッチング素子3u、3vおよび第4のスイッチング素子4u、4vが同じく冷却風の流れに沿って配置されている。
なお、ここで示す冷却風は、電動送風機(図示せず)による強制冷却風である。
ここでは条件を一定にするため、冷却器にはアルミフィンを用い、冷却方式は冷却風を電動送風機で送り出す強制風冷方式としている。そして、フィン高さ、フィン長さ、フィンピッチ、冷却風量はそれぞれの構成で等しくしており、また、半導体素子の発熱損失の割合は表1に従っている。
一方図5より、従来例の冷却器の温度上昇は第2のスイッチング素子とおよび第3のスイッチング素子の周辺が高く、温度上昇の最大値はTmax=63.4K(ケルビン)である。
従ってこの結果より、本実施の形態1によって3レベル電力変換装置の冷却器の温度上昇が平準化され、従来例と比較して温度上昇の最大値が1割程度低減されることがわかる。
そして、第1のスイッチング素子1u、1vと第2のスイッチング素子2u、2vの位置を入れ替えたもの、第3のスイッチング素子3u、3vと第4のスイッチング素子4u、4vを入れ替えたもの、およびそれらの組み合わせにおいても同様の効果を得ることができる。
図7は、この発明の実施の形態2に係る3レベル電力変換装置の冷却器上での各半導体素子の配置と冷却風の方向を示す平面図で、特にU相とV相の変換回路を有するコンバータとして使用する際の構成を示す。電気回路と動作は実施の形態1と同じである。
ここで示す冷却風は、電動送風機(図示せず)による強制冷却風である。
2u、2v 第2のスイッチング素子
3u、3v 第3のスイッチング素子
4u、4v 第4のスイッチング素子
5 IGBT
6 フライホイールダイオード
7u、7v 第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との接続点
8u、8v 第3のスイッチング素子と第4のスイッチング素子との接続点
9u、9v 第1のダイオード
10u、10v 第2のダイオード
11、12 コンデンサ
13u、13v 第1のダイオードと第2のダイオードの接続点
14u、14v 交流端子
15 冷却器
P 直流正極端子
N 直流負極端子
Claims (3)
- 電力変換部を構成する各相が一つのユニットで構成され、上記ユニットは、
直流側の正極端子と負極端子の間に第1のスイッチング素子から第4のスイッチング素子を順次直列に接続して、
上記第1のスイッチング素子と上記第2のスイッチング素子の接続点と直流側の中間端子との間に第1のダイオードを接続し、
上記第3のスイッチング素子と上記第4のスイッチング素子の接続点と上記中間端子との間に第2のダイオードを接続し、
上記第2のスイッチング素子と上記第3のスイッチング素子との間に交流端子を備え、
上記各スイッチング素子および上記各ダイオードが冷却器に配置され、
上記冷却器が冷却媒体により冷却される3レベル電力変換装置において、
上記各ダイオードは上記冷却器の中央部に隣接して配置され、
上記第1のスイッチング素子と上記第2のスイッチング素子とは、隣接して配置された上記ダイオードに対して上記冷却媒体の流れる方向に沿った上流又は下流の一方側に縦列配置され、
上記第3のスイッチング素子と上記第4のスイッチング素子とは、隣接して配置された上記ダイオードに対して上記冷却媒体の流れる方向に沿った上流又は下流の他方側に縦列配置されたことを特徴とする3レベル電力変換装置。 - 電力変換部を構成する各相が一つのユニットで構成され、上記ユニットは、
直流側の正極端子と負極端子の間に第1のスイッチング素子から第4のスイッチング素子を順次直列に接続して、
上記第1のスイッチング素子と上記第2のスイッチング素子の接続点と直流側の中間端子との間に第1のダイオードを接続し、
上記第3のスイッチング素子と上記第4のスイッチング素子の接続点と上記中間端子との間に第2のダイオードを接続し、
上記第2のスイッチング素子と上記第3のスイッチング素子との間に交流端子を備え、
上記各スイッチング素子および上記各ダイオードが冷却器に配置され、
上記冷却器が冷却媒体により冷却される3レベル電力変換装置において、
上記第1のスイッチング素子と上記第4のスイッチング素子とは、上記冷却器の中央部に冷却媒体の流れる方向に縦列配置され、
上記第2のスイッチング素子と上記第1のダイオードとは、縦列配置された上記第1のスイッチング素子および上記第4のスイッチング素子に対して上記冷却媒体の流れる方向に沿った上流又は下流の一方側に縦列配置され、
上記第3のスイッチング素子と上記第2のダイオードとは、縦列配置された上記第1のスイッチング素子および上記第4のスイッチング素子に対して上記冷却媒体の流れる方向に沿った上流又は下流の他方側に縦列配置されたことを特徴とする3レベル電力変換装置。 - 上記各ユニットを構成する複数のスイッチング素子および複数のダイオードは、一方向に流れる冷却媒体によって冷却される上記冷却器の同一平面状の受熱部に配置されることを特徴とする請求項1または請求項2の何れかに記載の3レベル電力変換装置。
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