JP4625238B2

JP4625238B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP4625238B2
Application number: JP2003031071A
Authority: JP
Inventors: 重幸中林; 孝志田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP2004242468A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力を直流電力に、あるいは直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流を直流、あるいは直流を交流に変換する電力変換装置には、コンバータ回路もしくはインバータ回路と、直流コンデンサ回路を備えており、この電力変換装置の直流側はブスバーやリード線を用いて接続されている。しかし、電力変換装置の直流側の接続をブスバーやリード線で行う従来の構成では、インダクタンスを有効に低減することはできなかった。
【０００３】
通常、インダクタンスを低減するには、電流の経路である導体をできるだけ平板状のものを用い、かつ往路と復路の導体をできるだけ近接して配置するようにすれば良いことが知られている。このような巻線方法は特開平９−４７０３６号公報などに記載されている。
【０００４】
従来の電力変換装置を図８を参照して説明する。
図において、１ａはＵ相のコンバータ回路、１ｂはＶ相のコンバータ回路、１ｃはＷ相のコンバータ回路である。２は直流コンデンサ回路、３は正（Ｐ）側のバス、４は負（Ｎ）側のバスである。
【０００５】
図に示すように、Ｕ相のコンバータ回路１ａ、Ｖ相のコンバータ回路１ｂ、Ｗ相のコンバータ回路１ｃの各々の直流側は、Ｐ側ブス３、Ｎ側ブス４を介して直流コンデンサ回路２に接続されている。交直変換を行う電力変換装置では、Ｐ側ブス３とＮ側ブス４の直流ブスのインダクタンスが増大すると、サージ電圧が発生し、コンバータ回路のスイッチング素子が破損に至る場合がある。また、各相コンバータ回路１ａ，１ｂ，１ｃと直流コンデンサ回路２を結ぶＰ側ブス３とＮ側ブス４の長さに相違があるため、短絡時のエネルギが集中し、コンバータ回路のスイッチング素子が破損に至る場合がある。さらにコンバータ回路のユニットを横並びにしているため、広い設置スペースを必要とする。
【０００６】
なお、上記例ではコンバータ回路について説明したが、コンバータ回路の代わりにインバータ回路を用いた場合もコンバータ回路と同様に各相インバータ回路と直流コンデンサ回路を結ぶＰ側ブスとＮ側ブスの長さに相違があるため、短絡時のエネルギが集中し、インバータ回路のスイッチング素子が破損に至る場合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、コンバータ回路もしくはインバータ回路を用いた従来の電力変換装置では、直流側のインダクタンスによるサージ電圧で、コンバータ回路もしくはインバータ回路のスイッチング素子が破損したり、短絡時の短絡電流が適正に分担されず、短絡電流が集中してスイッチング素子を破損し、電力変換装置に致命的な影響を与えるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記状況に対処するためになされたもので、その課題は、直流コンデンサ回路に接続される直流ブスの長さが同一となるようにコンバータ回路もしくはインバータ回路を配置して、低インダクタンス、同一インダクタンスでしかも設置スペースを削減可能としたコンパクトな電力変換装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載された電力変換装置は、直角三角形の３個の各頂点に位置するようにＬ字形に配置された３個のコンバータ回路と、直流コンデンサ回路と、前記３個のコンバータ回路のそれぞれの直流側のＰ端子と前記直流コンデンサ回路のＰ端子とを互いに同一の距離で接続して、少なくとも１箇所で折り曲げられて、前記３個のコンバータ回路が配置された平面に対して垂直に起立した板状のＰ側ブスと、前記３個のコンバータ回路のそれぞれの直流側のＮ端子と前記直流コンデンサ回路のＮ端子とを互いに同一の距離で接続して、少なくとも１箇所で折り曲げられて、前記Ｐ側ブスに対して間隔を空けて平行に延びて、前記３個のコンバータ回路が配置された平面に対して垂直に起立した板状のＮ側ブスと、を有する第１電力変換器と、前記第１電力変換器と同一の構成を有する第２電力変換器と、を備え、前記第２電力変換器は、前記第１電力変換器を前記第１電力変換器の３個のコンバータ回路が配置された平面に対して垂直な軸の周りで１８０°回転させた状態で設置され、かつ、前記第１電力変換器の３個のコンバータ回路が形成する直角三角形の斜辺と前記第２電力変換器の３個のコンバータ回路が形成する直角三角形の斜辺とが向き合うように設置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載された電力変換装置は、直角三角形の３個の各頂点に位置するようにＬ字形に配置された３個のインバータ回路と、直流コンデンサ回路と、前記３個のインバータ回路のそれぞれの直流側のＰ端子と前記直流コンデンサ回路のＰ端子とを互いに同一の距離で接続して、少なくとも１箇所で折り曲げられて、前記３個のインバータ回路が配置された平面に対して垂直に起立した板状のＰ側ブスと、前記３個のインバータ回路のそれぞれの直流側のＮ端子と前記直流コンデンサ回路のＮ端子とを互いに同一の距離で接続して、少なくとも１箇所で折り曲げられて、前記Ｐ側ブスに対して間隔を空けて平行に延びて、前記３個のインバータ回路が配置された平面に対して垂直に起立した板状のＮ側ブスと、を有する第１電力変換器と、前記第１電力変換器と同一の構成を有する第２電力変換器と、を備え、前記第２電力変換器は、前記第１電力変換器を前記第１電力変換器の３個のインバータ回路が配置された平面に対して垂直な軸の周りで１８０°回転させた状態で設置され、かつ、前記第１電力変換器の３個のインバータ回路が形成する直角三角形の斜辺と前記第２電力変換器の３個のインバータ回路が形成する直角三角形の斜辺とが向き合うように設置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によると、低インダクタンス、同一インダクタンスでしかも設置スペースを削減可能としたコンパクトな電力変換装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態の電力変換装置の正面図、図２はその平面図、図３は左方向からみた側面図、図４は背面からみた鳥観図である。
【００１３】
図に示すように、Ｕ相コンバータ回路１ａ（もしくはインバータ回路）とＶ相コンバータ回路１ｂ（もしくはインバータ回路）とは横方向に配置され、Ｕ相コンバータ回路１ａ（もしくはインバータ回路）とＷ相コンバータ回路１ｃ（もしくはインバータ回路）とは直流コンデンサ回路２を挟んで縦方向に配置されており、各々のコンバータ回路１ａ，１ｂ，１ｃ（もしくはインバータ回路）は、全体としてＬ字形に配置されている。
【００１４】
また、各々のコンバータ回路１ａ，１ｂ，１ｃ（もしくはインバータ回路）の各々の直流側は、Ｐ側ブス３とＮ側ブス４を介して直流コンデンサ回路２に接続されるが、Ｐ側ブス３とＮ側ブス４の長さが同一かつ近接して平行に配置するように構成されている。また、各々のコンバータ回路１ａ，１ｂ，１ｃ（もしくはインバータ回路）の各々の直流側のＰ側ブス３とＮ側ブス４は、それぞれ図３及び図４に示すようにビス５により取付けられている。
【００１５】
さらに、直流コンデンサ回路２のＰ端子とＮ端子もそれぞれ同じ長さ平行に配置するように構成されている。これを図で示すと、図示Ａ〜Ｇの寸法において、Ａ＋Ｃ＋Ｅ＝Ｂ＋Ｃ＋Ｆ＝Ｇ＋Ｄ＋Ｅとなるように配置している。
【００１６】
ここで、Ａはコンバータ回路１ａのＮからＰ側ブス３までの横方向長さ、Ｂはコンバータ回路１ｂのＮからＰ側ブス３までの横方向長さ、Ｃはコンバータ回路１ａのＰから直流コンデンサ回路２の接続箇所までの縦方向長さ、Ｄはコンバータ回路１ｃのＰから直流コンデンサ回路２の接続箇所までの縦方向長さ、ＥはＰ側ブス３から直流コンデンサ回路２の接続箇所までの横方向長さ、ＦはＮ側ブス４から直流コンデンサ回路２の接続箇所までの横方向長さ、Ｇはコンバータ回路１ｃのＮからＰ側ブス３までの横方向長さである。
【００１７】
本実施形態の電力変換装置は上記のように構成されているので、低インダクタンス、同一インダクタンスでしかも設置スペースを削減できる。
また、本実施形態の電力変換装置では、各相のコンバータ回路もしくはインバータ回路および直流コンデンサ回路の配置とブス接続構成は、図１のような構成のみではなく、要はＰ側ブスとＮ側ブスの長さが同一になるように構成し、さらに直流コンデンサ回路のＰ端子とＮ端子もそれぞれ同じ長さになるように構成すればよく、従って、図１以外の他の配置および接続構成にしても本実施例と同様の効果が得られる。なお、本実施形態は、コンバータ回路もしくはインバータ回路および直流コンデンサ回路をそれぞれユニット化し、同一ユニットで交直変換を行う電力変換装置を構成するようにしてもよい。
【００１８】
図５は本発明の第２実施形態の電力変換装置の正面図、図６は左方向からみた側面図、図７は背面からみた鳥観図である。図に示すように、本実施形態の電力変換装置は、図１の第１実施形態の第１電力変換装置と、この電力変換装置を１８０度回転させて配置した第２電力変換装置とから構成されている。
【００１９】
そして、第２電力変換装置の各相のコンバータ回路（もしくはインバータ回路）１ａ，１ｂ，１ｃと直流コンデンサ回路２との直流ブスの接続構成は、上記図１の第１実施形態の第１電力変換装置の直流ブスの接続構成と同様である。また、各相のコンバータ回路１ａ，１ｂ，１ｃ（もしくはインバータ回路）の各々の直流側のＰ側ブス３とＮ側ブス４は、それぞれ図６及び図７に示すようにビス５により一体に取付けられている。
本実施形態の電力変換装置は上記のように構成されているので、低インダクタンス、同一インダクタンスでしかも設置スペースを削減できる。
【００２０】
なお、本実施形態の電力変換装置では、各相のコンバータ回路もしくはインバータ回路の配置と直流ブスの接続構成は、図１で述べたと同様にＰ側ブスとＮ側ブスの長さが同一になるように構成し、さらに直流コンデンサ回路のＰ端子とＮ端子もそれぞれ同じ長さになるように構成すればよく、従って、図５以外の他の配置および接続構成にしても本実施例と同様の効果が得られる。
【００２１】
本発明の第３実施形態の電力変換装置について説明すると、本実施形態の電力変換装置は、図１の第１実施形態のブスの代わりに電線を用いて直流側は接続されている。従って、各々のコンバータ回路もしくはインバータ回路は、Ｌ字形に配置し、Ｐ側電線とＮ側電線の長さが同一になるように構成され、直流コンデンサ回路のＰ端子とＮ端子もそれぞれ同じ長さになるように構成されている。
本実施形態の電力変換装置は上記のように構成されているので、低インダクタンス、同一インダクタンスでしかも設置スペースを削減できる。
【００２２】
本発明の第４実施形態の電力変換装置について説明すると、本実施形態の電力変換装置は、図５の第２実施形態のブスの代わりに電線を用いて直流側を接続したものである。すなわち、本電力変換装置は、上記第３実施形態の電力変換装置と、この電力変換装置を１６０度回転させて配置した電力変換装置とから構成され、その直流側は電線を用いて接続されている。従って、各々のコンバータ回路もしくはインバータ回路は、Ｌ字形に配置し、Ｐ側電線とＮ側電線の長さが同一になるように構成され、直流コンデンサ回路のＰ端子とＮ端子もそれぞれ同じ長さになるように構成されている。
本実施形態の電力変換装置は上記のように構成されているので、低インダクタンス、同一インダクタンスでしかも設置スペースを削減できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力変換装置によれば、サージ電圧、短絡エネルギの集中によるスイッチング素子の破損を防止することができ、また、設置スペースの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電力変換装置の正面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図１の左方向からみた側面図。
【図４】図１の背面からみた鳥観図。
【図５】本発明の第２実施形態の電力変換装置の正面図。
【図６】図５の左方向からみた側面図。
【図７】図５の背面からみた鳥観図。
【図８】従来の電力変換装置の正面図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ…コンバータ回路、２…直流コンデンサ回路、３…正（Ｐ）側のブス、４…負（Ｎ）側のブス、５…ビス。

Claims

直角三角形の３個の各頂点に位置するようにＬ字形に配置された３個のコンバータ回路と、
直流コンデンサ回路と、
前記３個のコンバータ回路のそれぞれの直流側のＰ端子と前記直流コンデンサ回路のＰ端子とを互いに同一の距離で接続して、少なくとも１箇所で折り曲げられて、前記３個のコンバータ回路が配置された平面に対して垂直に起立した板状のＰ側ブスと、
前記３個のコンバータ回路のそれぞれの直流側のＮ端子と前記直流コンデンサ回路のＮ端子とを互いに同一の距離で接続して、少なくとも１箇所で折り曲げられて、前記Ｐ側ブスに対して間隔を空けて平行に延びて、前記３個のコンバータ回路が配置された平面に対して垂直に起立した板状のＮ側ブスと、
を有する第１電力変換器と、
前記第１電力変換器と同一の構成を有する第２電力変換器と、
を備え、前記第２電力変換器は、前記第１電力変換器を前記第１電力変換器の３個のコンバータ回路が配置された平面に対して垂直な軸の周りで１８０°回転させた状態で設置され、かつ、前記第１電力変換器の３個のコンバータ回路が形成する直角三角形の斜辺と前記第２電力変換器の３個のコンバータ回路が形成する直角三角形の斜辺とが向き合うように設置されていることを特徴とする電力変換装置。
直角三角形の３個の各頂点に位置するようにＬ字形に配置された３個のインバータ回路と、
直流コンデンサ回路と、
前記３個のインバータ回路のそれぞれの直流側のＰ端子と前記直流コンデンサ回路のＰ端子とを互いに同一の距離で接続して、少なくとも１箇所で折り曲げられて、前記３個のインバータ回路が配置された平面に対して垂直に起立した板状のＰ側ブスと、
前記３個のインバータ回路のそれぞれの直流側のＮ端子と前記直流コンデンサ回路のＮ端子とを互いに同一の距離で接続して、少なくとも１箇所で折り曲げられて、前記Ｐ側ブスに対して間隔を空けて平行に延びて、前記３個のインバータ回路が配置された平面に対して垂直に起立した板状のＮ側ブスと、
を有する第１電力変換器と、
前記第１電力変換器と同一の構成を有する第２電力変換器と、
を備え、前記第２電力変換器は、前記第１電力変換器を前記第１電力変換器の３個のインバータ回路が配置された平面に対して垂直な軸の周りで１８０°回転させた状態で設置され、かつ、前記第１電力変換器の３個のインバータ回路が形成する直角三角形の斜辺と前記第２電力変換器の３個のインバータ回路が形成する直角三角形の斜辺とが向き合うように設置されていることを特徴とする電力変換装置。