JP5433176B2 - Air-cooled power converter - Google Patents

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JP5433176B2 JP2008173871A JP2008173871A JP5433176B2 JP 5433176 B2 JP5433176 B2 JP 5433176B2 JP 2008173871 A JP2008173871 A JP 2008173871A JP 2008173871 A JP2008173871 A JP 2008173871A JP 5433176 B2 JP5433176 B2 JP 5433176B2
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本発明は、複数のアームをブリッジ接続してなり、前記各アームには複数の半導体素子からなる電力変換素子を直列接続し、各電力変換素子にスナバ回路を並列に接続して電力変換器、例えばインバータ、コンバータ等の主回路を構成し、主回路をキュービクル内に収納すると共に、キュービクル内に備えた冷却ファンにより発生する冷却風で主回路を冷却する風冷式電力変換装置に関する。   In the present invention, a plurality of arms are bridge-connected, a power conversion element composed of a plurality of semiconductor elements is connected in series to each arm, and a snubber circuit is connected in parallel to each power conversion element to form a power converter, For example, the present invention relates to an air-cooled power conversion device that constitutes a main circuit such as an inverter and a converter, houses the main circuit in a cubicle, and cools the main circuit with cooling air generated by a cooling fan provided in the cubicle.
従来、風冷式の電力変換装置として特許文献1、2、3に記載されたものがある。特許文献1には、盤内に収められた電力変換器の冷却効果を高めて電力変換器の出力容量を増大させるために、次のように構成した点が記載されている。すなわち、盤内の区画室の上部に電力変換器を設置し、この電力変換器の背面側に電力変換器の冷却フィンを包み天井の排気口へ通じる風洞と天井の排気口へ連通した排気通風路とを設け、さらに区画室上面と電力変換器との間にそれぞれ区画室から吸引し風洞へ送風する電力変換器冷却用冷却ファンと排気通路へ送風するトランス冷却用冷却ファンとを並列して設けると共に、トランス冷却用冷却ファンの送風の一部が風洞へ送られるように風洞の下方の開口をトランス冷却用冷却ファンの一部に被るように拡げるようにしたものである。   Conventionally, there are air-cooled power conversion devices described in Patent Documents 1, 2, and 3. Patent Document 1 describes the following configuration in order to increase the cooling effect of the power converter housed in the panel and increase the output capacity of the power converter. That is, a power converter is installed in the upper part of the compartment in the panel, and the cooling fins of the power converter are wrapped on the back side of the power converter, and the exhaust vent is connected to the ceiling exhaust and the wind tunnel. In addition, a cooling fan for cooling the power converter that sucks air from the compartment and blows it to the wind tunnel and a cooling fan for transformer cooling that blows the air to the exhaust channel are provided in parallel between the upper surface of the compartment and the power converter. In addition, an opening below the wind tunnel is extended to cover a part of the cooling fan for transformer cooling so that a part of the air blown by the cooling fan for transformer cooling is sent to the wind tunnel.
特許文献2には、変圧器装置の上に無停電電源装置を積み重ねた配置にする場合でも、装置の信頼性を低下させずに変圧器の寸法が大きくなるのを回避できるようにするため、次のように構成した点が記載されている。すなわち、変圧器冷却ファンを収納した変圧器装置箱の上に、電力変換器冷却ファンを収納した無停電電源装置箱を積み重ね、電力変換器冷却ファンの運転で、変圧器装置箱に収納した各種変圧器を冷却できるように、無停電電源装置箱の底板の吸気孔と変圧器装置箱の天井部の排気孔とを一致した位置に開口させたものである。   In Patent Document 2, in order to avoid an increase in the size of the transformer without degrading the reliability of the device, even when the uninterruptible power supply is stacked on the transformer device, The points configured as follows are described. In other words, the uninterruptible power supply box containing the power converter cooling fan is stacked on the transformer box containing the transformer cooling fan, and various kinds of power stored in the transformer box by operating the power converter cooling fan. The inlet hole of the bottom plate of the uninterruptible power supply box and the exhaust hole of the ceiling part of the transformer apparatus box are opened at the same position so that the transformer can be cooled.
特許文献3には、キュービクル内に収納している複数の電力変換器を直列で冷却する際の冷却ファンの寿命を短縮させず、制御回路用冷却ファンを省略できるようにするため、次のように構成した点が記載されている。すなわち、複数組の電力変換器と、該各電力変換器を制御する制御回路とを仕切板で分離して設置し、電力変換器用冷却ファンの吸気側に複数の電力変換器の略半数設置し、残余の電力変換器は電力変換器用冷却ファンの排気側に設置したものである。
特開2006−87269 特開2000−228593 特開2004−364372
In Patent Document 3, the cooling fan for the control circuit can be omitted without shortening the life of the cooling fan when the plurality of power converters housed in the cubicle are cooled in series. The points configured are described. That is, a plurality of sets of power converters and a control circuit for controlling each power converter are separated and installed by a partition plate, and approximately half of the plurality of power converters are installed on the intake side of the cooling fan for the power converter. The remaining power converter is installed on the exhaust side of the cooling fan for the power converter.
JP 2006-87269 A JP 2000-228593 A JP2004-364372
しかしながら、上記特許文献1、2、3においては抵抗、コンデンサは、ある程度取付けの作業性で装置内に実装されるも大型の主回路用品の実装で余剰盤内の空間に実装されており、装置の容量に限界があり、取付場所を固定した場合、盤が拡大化するため装置容量の制限をうけてしまう。また、上記特許文献1、2、3においては電力変換器の電流容量によっては主回路用品の外形寸法が変更になるため、余剰な空間に個々の電気用品を実装しなければならず、取付位置が固定できないことがある。   However, in the above Patent Documents 1, 2, and 3, the resistor and the capacitor are mounted in the apparatus with a certain degree of mounting workability, but are mounted in a space in the surplus board by mounting a large main circuit product. If the installation location is fixed, the panel will be enlarged and the capacity of the device will be limited. Further, in Patent Documents 1, 2, and 3, since the external dimensions of the main circuit product are changed depending on the current capacity of the power converter, each electrical product must be mounted in an excess space, and the mounting position May not be fixed.
本発明は、装置サイズの縮小化を図り、装置容量に関係無く、内部実装が可能となる風冷式電力変換装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a wind-cooled power conversion device that can reduce the size of the device and can be internally mounted regardless of the device capacity.
前記目的を達成するために、請求項1に対応する発明は、複数のアームをブリッジ接続してなり、前記各アームには複数の半導体素子からなる電力変換素子を直列接続し、前記各電力変換素子にスナバ回路を並列に接続して電力変換器の主回路を構成し、前記主回路をキュービクル枠と前記キュービクル枠に配設するキュービクル板を備えたキュービクル内に収納すると共に、前記キュービクル内に備えた冷却ファンにより発生する冷却風で前記主回路を冷却する風冷式電力変換装置において、前記キュービクルは、前記キュービクル板における下部側の側壁には外気を内部に取り込む吸気口を有し、かつ前記キュービクル板における上部側の側壁に内部の空気を外部に排気する排気口を有し、前記キュービクル内部の前記排気口近くに前記冷却ファンを有し、内部の前記吸気口の有る側に電力変換素子スタックユニットを収納する電力変換素子収納室を形成すると共に、内部の前記冷却ファンの有る側にスナバ回路ユニットを収納するスナバ回路収納室を形成してなり、前記電力変換素子収納室内には、前記電力変換素子のうち少なくとも1アームを構成する複数の電力変換素子を一つのスタックとして結合し、かつこのスタックを電力変換素子スタックユニット枠に組み込んだ電力変換素子スタックユニットを、前記キュービクル枠から引出し可能に収納し、前記スナバ回路収納室には、前記各アームの前記電力変換素子に並列に接続されるスナバ回路のうち少なくとも1アームを構成する複数のスナバ回路を一つのスナバ回路ユニット枠に組み込んだスナバ回路ユニットを、前記キュービクル枠から引出し可能に収納し、前記冷却ファンにより発生する冷却風で、最初に前記電力変換素子収納室内に有る電力変換素子スタックユニットを冷却し、次にスナバ回路収納室内に有るスナバ回路ユニットを冷却するようにした風冷式電力変換装置である。   In order to achieve the object, the invention corresponding to claim 1 comprises a plurality of arms connected in a bridge, and each arm is connected in series with a power conversion element composed of a plurality of semiconductor elements, and each power conversion A snubber circuit is connected in parallel to the element to constitute a main circuit of the power converter, and the main circuit is housed in a cubicle frame and a cubicle plate disposed in the cubicle frame, and in the cubicle. In the air-cooled power conversion device that cools the main circuit with cooling air generated by a cooling fan provided, the cubicle has an intake port for taking outside air into the lower side wall of the cubicle plate, and The upper side wall of the cubicle plate has an exhaust port for exhausting internal air to the outside, and the exhaust port is located near the exhaust port inside the cubicle. A snubber circuit having a rejection fan and forming a power conversion element storage chamber for storing the power conversion element stack unit on the side having the intake port inside and storing the snubber circuit unit on the side having the cooling fan inside A storage chamber is formed, and in the power conversion element storage chamber, a plurality of power conversion elements constituting at least one arm of the power conversion elements are combined as a stack, and the stack is connected to the power conversion element stack. A power conversion element stack unit incorporated in a unit frame is accommodated so as to be able to be pulled out from the cubicle frame, and the snubber circuit storage chamber has at least one of snubber circuits connected in parallel to the power conversion element of each arm. A snubber circuit unit in which a plurality of snubber circuits constituting an arm are incorporated in one snubber circuit unit frame, The power conversion element stack unit in the power conversion element storage chamber is first cooled by the cooling air generated by the cooling fan and retracted from the cubicle frame, and then the snubber circuit unit in the snubber circuit storage chamber. This is a wind-cooled power converter that cools the air.
前記目的を達成するために、請求項2に対応する発明は、複数のアームをブリッジ接続してなり、前記各アームには複数の半導体素子からなる電力変換素子を直列接続し、前記各電力変換素子に各々スナバ回路を並列に接続し、かつ前記アームの交流接続点に交流リアクトルを接続して電力変換器の主回路を構成し、前記主回路を、キュービクル枠と前記キュービクル枠に配設するキュービクル板を備えたキュービクル内に収納すると共に、前記キュービクル内に備えた冷却ファンにより発生する冷却風で前記主回路を冷却し、かつ前記電力変換素子を制御するための制御電気用品を備えた風冷式電力変換装置において、
前記キュービクルは、前記キュービクル板における下部側の側壁に外気を内部に取り込む吸気口を有し、かつ前記キュービクル板における上部側の側壁に内部の空気を外部に排気する排気口を有し、前記キュービクルにおける内部の前記排気口近くに前記冷却ファンを有し、前記キュービクル内部の前記吸気口の有る側に電力変換素子スタックユニットを収納する電力変換素子収納室を形成すると共に、前記キュービクル内部の前記冷却ファンの有る側にスナバ回路ユニットを収納するスナバ回路収納室を形成してなり、前記電力変換素子収納室内には、前記電力変換素子のうち少なくとも1アームを構成する複数の電力変換素子を一つのスタックとして結合し、かつこのスタックを電力変換素子スタックユニット枠に組み込んだ電力変換素子スタックユニットを、前記キュービクル枠から引出し可能に収納し、前記スナバ回路収納室には、前記各アームの前記電力変換素子に並列に接続されるスナバ回路のうち少なくとも1アームを構成する複数のスナバ回路を一つのスナバ回路ユニット枠に組み込んだスナバ回路ユニットを前記キュービクル枠から引出し可能に収納し、前記キュービクル内の前記冷却ファンの設置されている部分に前記交流リアクトルを収納すると共に、前記キュービクル内の前記電力変換素子収納室の下部に前記制御電気用品を収納し、前記冷却ファンにより発生する冷却風で、最初に前記電力変換素子収納室内に有る電力変換素子スタックユニットを冷却し、次にスナバ回路収納室内に有るスナバ回路ユニットを冷却するようにした風冷式電力変換装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 2 comprises a plurality of arms connected in a bridge, and each arm is connected in series with a power conversion element composed of a plurality of semiconductor elements, and each power conversion A snubber circuit is connected in parallel to each element, and an AC reactor is connected to an AC connection point of the arm to constitute a main circuit of the power converter, and the main circuit is disposed in the cubicle frame and the cubicle frame. Wind that is housed in a cubicle having a cubicle plate, cools the main circuit with cooling air generated by a cooling fan provided in the cubicle, and includes control electric appliances for controlling the power conversion element In the cold power converter,
The cubicle has an intake port for taking outside air into a lower side wall of the cubicle plate, and has an exhaust port for exhausting internal air to the outside on an upper side wall of the cubicle plate, The cooling fan is provided near the exhaust port in the interior of the cubicle, and a power conversion element storage chamber for storing the power conversion element stack unit is formed on the side of the cubicle where the intake port is present, and the cooling inside the cubicle is formed. A snubber circuit storage chamber for storing the snubber circuit unit is formed on the side where the fan is located, and a plurality of power conversion elements constituting at least one arm among the power conversion elements are provided in the power conversion element storage chamber. A power conversion element that is connected as a stack and is incorporated in the power conversion element stack unit frame. A stack unit is accommodated so that it can be pulled out from the cubicle frame, and a plurality of snubber circuits constituting at least one arm among the snubber circuits connected in parallel to the power conversion element of each arm in the snubber circuit housing chamber. The snubber circuit unit incorporated in one snubber circuit unit frame is housed so that it can be pulled out from the cubicle frame, the AC reactor is housed in a portion of the cubicle where the cooling fan is installed, and in the cubicle The control electrical appliance is stored in the lower part of the power conversion element storage chamber, and the power conversion element stack unit in the power conversion element storage chamber is first cooled by the cooling air generated by the cooling fan, and then the snubber circuit. A wind-cooled power converter that cools the snubber circuit unit in the storage room. That.
本発明によれば、キュービクル内の下部側及び上部側にそれぞれ吸気口及び排気口を形成し、かつキュービクル内の排気口近くに冷却ファンを配設し、冷却ファンにより発生する同一の冷却風の流れの中で、最初に温度上昇限度の低い電力変換素子スタックを冷却し、次に温度上昇限度の高いスナバ回路ユニットを冷却するように構成したので、装置サイズの縮小化を図り、装置容量に関係無く、標準化の実装設計が可能で、冷却構造を標準化することができる風冷式電力変換装置を提供することができる。   According to the present invention, an intake port and an exhaust port are formed on the lower side and the upper side in the cubicle, respectively, and a cooling fan is disposed near the exhaust port in the cubicle, and the same cooling air generated by the cooling fan is generated. In the flow, the power conversion element stack with the lower temperature rise limit is cooled first, and then the snubber circuit unit with the higher temperature rise limit is cooled, so the device size is reduced and the device capacity is increased. Regardless of this, it is possible to provide a wind-cooled power conversion device that can be standardized for mounting design and can standardize the cooling structure.
以下、本発明の風冷式電力変換装置の実施形態について図面を参照して説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an air-cooled power conversion device of the present invention will be described with reference to the drawings.
始めに、電力変換器例えばコンバータと、インバータの主回路について、図1を参照して説明する。図1は、三相交流電源系統ACからの交流電力を遮断器CB1、CB2、CB3、降圧変圧器TRを介してコンバータ2により直流電力に変換し、この変換された直流電力をインバータ3により交流電力に変換して負荷例えば三相交流電動機Mに供給されるようになっている。   First, a main circuit of a power converter, for example, a converter and an inverter will be described with reference to FIG. In FIG. 1, AC power from a three-phase AC power supply system AC is converted into DC power by a converter 2 via circuit breakers CB1, CB2, CB3, and a step-down transformer TR. It is converted into electric power and supplied to a load, for example, a three-phase AC motor M.
コンバータ2の主回路は、複数例えば3個のアーム21、22、23をブリッジ接続してなり、アーム21、22、23のうち例えばアーム21には複数例えば4個の半導体素子からなる電力変換素子S1、S2、S3、S4、例えばIGBTを直列接続し、電力変換素子S1に、スナバ抵抗R1とスナバコンデンサC1の直列回路に分圧抵抗B1を並列接続してなるスナバ回路を並列に接続し、同様に電力変換素子S2にはスナバ抵抗R2とスナバコンデンサC2と分圧抵抗B2からなるスナバ回路、同様に電力変換素子S3にはスナバ抵抗R3とスナバコンデンサC3と分圧抵抗B3からなるスナバ回路、同様に電力変換素子S4にはスナバ抵抗R4とスナバコンデンサC4と分圧抵抗B4からなるスナバ回路を並列に接続したものである。   The main circuit of the converter 2 is formed by bridge-connecting a plurality of, for example, three arms 21, 22, and 23. Among the arms 21, 22, and 23, for example, the arm 21 includes a plurality of, for example, four semiconductor elements. S1, S2, S3, S4, for example, IGBTs are connected in series, and a snubber circuit formed by connecting a voltage dividing resistor B1 in parallel to a series circuit of a snubber resistor R1 and a snubber capacitor C1 is connected in parallel to the power conversion element S1. Similarly, the power conversion element S2 includes a snubber circuit including a snubber resistor R2, a snubber capacitor C2, and a voltage dividing resistor B2. Similarly, the power conversion element S3 includes a snubber circuit including a snubber resistor R3, a snubber capacitor C3, and a voltage dividing resistor B3. Similarly, a snubber circuit including a snubber resistor R4, a snubber capacitor C4, and a voltage dividing resistor B4 is connected in parallel to the power conversion element S4. .
アーム22及び23には、電力変換素子S5、S6、S7、S8及びS9、S10、S11、S12を接続し、アーム22の電力変換素子S5、S6、S7、S8にはそれぞれスナバ抵抗とスナバコンデンサと分圧抵抗からなるサーバ回路を接続し、これらのサーバ回路の総称を25とし、またアーム23の電力変換素子S9、S10、S11、S12にはそれぞれスナバ抵抗とスナバコンデンサと分圧抵抗からなるサーバ回路を接続し、これらのサーバ回路の総称を26としている。なお、スナバ抵抗はR5〜R12、スナバコンデンサはC5〜C12、分圧抵抗はB5〜B12である。   Power conversion elements S5, S6, S7, S8 and S9, S10, S11, and S12 are connected to the arms 22 and 23, and a snubber resistor and a snubber capacitor are connected to the power conversion elements S5, S6, S7, and S8 of the arm 22, respectively. And a server circuit composed of a voltage dividing resistor is connected, and the generic name of these server circuits is 25. The power conversion elements S9, S10, S11, and S12 of the arm 23 are composed of a snubber resistor, a snubber capacitor, and a voltage dividing resistor, respectively. Server circuits are connected, and the generic name of these server circuits is 26. The snubber resistance is R5 to R12, the snubber capacitor is C5 to C12, and the voltage dividing resistance is B5 to B12.
図1では、アーム21、22、23毎の電力変換素子S1〜S4、S5〜S8、S9〜S12にそれぞれ接続され、1点鎖線で囲まれたサーバ回路の総称を24、25、26としている。   In FIG. 1, the generic names of the server circuits connected to the power conversion elements S1 to S4, S5 to S8, and S9 to S12 for each of the arms 21, 22, and 23 and surrounded by a one-dot chain line are 24, 25, and 26, respectively. .
インバータ3も以上述べたコンバータ2と同様に構成し、インバータ3とコンバータ2の接続点に直流リアクトルDCLを接続し、インバータ3の出力端子と三相交流電動機Mの入力端子間に交流リアクトルACL4とスイッチSW1の直列回路、同様に交流リアクトルACL5とスイッチSW5の直列回路、同様に交流リアクトルACL6とスイッチSW6の直列回路を接続している。なお、CB4、CB5、CB6は遮断器である。   The inverter 3 is also configured in the same manner as the converter 2 described above, a DC reactor DCL is connected to the connection point between the inverter 3 and the converter 2, and an AC reactor ACL 4 is connected between the output terminal of the inverter 3 and the input terminal of the three-phase AC motor M. A series circuit of the switch SW1, a series circuit of the AC reactor ACL5 and the switch SW5, and a series circuit of the AC reactor ACL6 and the switch SW6 are similarly connected. CB4, CB5, and CB6 are circuit breakers.
図2は図1のアーム21の電力変換素子S1〜S4にそれぞれ接続された1アーム分のスナバ回路(図1の一点鎖線で囲まれた部分)24のスナバ回路ユニット5を示す斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view showing a snubber circuit unit 5 of a snubber circuit (a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG. 1) 24 for one arm connected to each of the power conversion elements S1 to S4 of the arm 21 in FIG. .
図3及び図4は、例えば図1のアーム21に接続されている電力変換素子S1〜S4のスタックユニット4の平面図及び正面図である。   3 and 4 are a plan view and a front view of the stack unit 4 of the power conversion elements S1 to S4 connected to the arm 21 of FIG. 1, for example.
図5、図6及び図7は、本発明の風冷式電力変換装置の実施形態を示す正面図、側面図及び斜視図であり、図5、図6及び図7は、いずれもキュービクル枠にキュービクル板を装着していない状態を示している。   5, 6, and 7 are a front view, a side view, and a perspective view showing an embodiment of the air-cooled power conversion device of the present invention, and FIGS. 5, 6, and 7 are all shown in a cubicle frame. The cubic board is not shown.
この発明の前提は、前述した電力変換器例えばコンバータ2の主回路の各アーム21、22、23毎に接続した電力変換素子をそれぞれスタックとして結合した電力変換素子スタックユニットと、各アーム21、22、23毎に接続した電力変換素子に各々並列に接続したスナバ回路を同一枠に結合してなるスナバ回路ユニットを、キュービクル1内の電力変換素子収納室17及びスナバ回路収納室16に引き出し可能に収納することである。   The premise of the present invention is that a power conversion element stack unit in which the power conversion elements connected to each arm 21, 22, 23 of the main circuit of the power converter, for example, the converter 2, are combined as a stack, and each arm 21, 22 are combined. , And a snubber circuit unit formed by combining snubber circuits connected in parallel to the power conversion elements connected in every 23 in the same frame can be pulled out to the power conversion element storage chamber 17 and the snubber circuit storage chamber 16 in the cubicle 1. It is to store.
キュービクル1は、キュービクル枠11とキュービクル枠11に配設するキュービクル板12を備えたものであり、キュービクル1の下部側の側壁を構成するキュービクル板には外気を内部に取り込む吸気口13を有し、かつキュービクルの上部側の側壁を構成するキュービクル板には内部の空気を外部に排気する排気口14を有し、キュービクル1における内部の排気口近くに冷却ファン15を有し、キュービクル内部の吸気口の有る側に電力変換素子収納室17を形成すると共に、キュービクル1内部の冷却ファン15の有る側にスナバ回路収納室16を形成したものである。   The cubicle 1 includes a cubicle frame 11 and a cubicle plate 12 disposed on the cubicle frame 11, and the cubicle plate constituting the side wall on the lower side of the cubicle 1 has an intake port 13 for taking outside air inside. The cubicle plate constituting the upper side wall of the cubicle has an exhaust port 14 for exhausting the air inside, and a cooling fan 15 near the internal exhaust port in the cubicle 1. A power conversion element storage chamber 17 is formed on the side having the mouth, and a snubber circuit storage chamber 16 is formed on the side having the cooling fan 15 in the cubicle 1.
電力変換素子収納室17内には、電力変換素子のうち少なくとも1アームを構成する複数の電力変換素子を一つのスタックとして結合し、かつこのスタックを電力変換素子スタックユニット枠に組み込んだ電力変換素子スタックユニット4を、キュービクル枠11を載置固定し、電力変換素子スタックユニット4の保守点検時には載置固定している電力変換素子スタックユニット4をキュービクル枠11からキュービクル枠11から引出し可能に収納したものである。   In the power conversion element storage chamber 17, a plurality of power conversion elements constituting at least one arm among the power conversion elements are combined as one stack, and the power conversion element is assembled in a power conversion element stack unit frame. The stack unit 4 has the cubicle frame 11 placed and fixed, and the power conversion element stack unit 4 placed and fixed at the time of maintenance and inspection of the power conversion element stack unit 4 is retracted from the cubicle frame 11 so that it can be pulled out from the cubicle frame 11. Is.
電力変換素子スタックユニット4は、平型半導体素子44と、平型半導体素子44の対向する平面にそれぞれ放熱フィン43を有する例えば4個の電力変換素子(図1のS1、S2、S3、S4)と、これらの電力変換素子を貫通するように設けた加圧ボルト45と、加圧ボルト45の一端部に形成されている雄ネジ(図示せず)に螺合するように雌ネジ(図示せず)が形成された押え板48(R)と、加圧ボルト45の他端部が貫通し加圧ボルト45を回転可能にする押え板48(L)と、加圧ボルト45の外周側であって押え板48(L)と電力変換素子の放熱フィン43の間に軸方向に移動可能に設けられた加圧板49と、加圧ボルト45の外周側であって加圧板49と放熱フィン43の間に配設され加圧ボルト45の加圧力を均一にするためのボール46と、加圧ボルト45の外周側であって押え板48(L)の間に配設され素子相互間の接触圧を調整するため及び加圧ボルト45の熱膨張を吸収するための複数枚例えば5枚の皿バネ47と、電力変換素子とスナバ回路を接続するスナバ回路配線端子36と、電力変換素子のアーム21、22、23の相互間を接続する接続導体35と、このような素子スタックを載置固定するための2個の素子スタック架台(素子スタックフレーム)41と、素子スタック架台41にそれぞれ取付けられ、キュービクル枠11から電力変換素子スタックユニット4を容易に引き出すことができるように設けられたローラ34と、各素子スタック架台41の軸方向端部にそれぞれ載置固定した碍子39と、各碍子39に素子スタックを載置固定するための一端部が押え板48(R)、48(L)に固定されたL字型の保持具37とを備えている。   The power conversion element stack unit 4 includes, for example, four power conversion elements (S1, S2, S3, and S4 in FIG. 1) each having a flat semiconductor element 44 and radiating fins 43 on the opposing planes of the flat semiconductor element 44. A pressure bolt 45 provided so as to pass through these power conversion elements, and a female screw (not shown) so as to be screwed into a male screw (not shown) formed at one end of the pressure bolt 45. On the outer peripheral side of the pressurizing bolt 45, the presser plate 48 (R) on which the other end of the pressurizing bolt 45 penetrates and the pressurizing bolt 45 can be rotated. There is a pressure plate 49 movably provided in the axial direction between the holding plate 48 (L) and the heat radiation fin 43 of the power conversion element, and the pressure plate 49 and the heat radiation fin 43 on the outer peripheral side of the pressure bolt 45. The pressure applied to the pressure bolt 45 is uniform between For adjusting the contact pressure between elements disposed on the outer peripheral side of the ball 46 and the presser bolt 45 and between the presser plates 48 (L) and absorbing the thermal expansion of the pressurizer bolt 45. A plurality of, for example, five disc springs 47, a snubber circuit wiring terminal 36 for connecting the power conversion element and the snubber circuit, and a connection conductor 35 for connecting the arms 21, 22, and 23 of the power conversion element, Two element stack mounts (element stack frames) 41 for mounting and fixing such element stacks and the element stack mounts 41 are respectively attached, and the power conversion element stack unit 4 can be easily pulled out from the cubicle frame 11. A roller 34 provided so as to be able to carry out, an insulator 39 placed and fixed on the end of each element stack frame 41 in the axial direction, and an element stack placed on each insulator 39 One end pressing plate 48 for the constant (R), and a retainer 37 fixed L-shape 48 (L).
スナバ回路収納室16には、各アームの電力変換素子に並列に接続されるスナバ回路のうち少なくとも1アームを構成する複数のスナバ回路を一つのスナバ回路ユニット枠に組み込んだスナバ回路ユニット5をキュービクル枠11を載置固定し、スナバ回路ユニット5の保守点検時には載置固定しているスナバ回路ユニット5をキュービクル枠11から引出し可能に収納したものである。   The snubber circuit storage chamber 16 includes a snubber circuit unit 5 in which a plurality of snubber circuits constituting at least one of the snubber circuits connected in parallel to the power conversion element of each arm are incorporated in one snubber circuit unit frame. The frame 11 is placed and fixed, and the snubber circuit unit 5 placed and fixed at the time of maintenance and inspection of the snubber circuit unit 5 is housed so that it can be pulled out from the cubicle frame 11.
スナバ回路ユニット5は、アーム21に接続しスナバ回路を構成するスナバ抵抗R1〜R4、スナバコンデンサC1〜C4、分圧抵抗B1〜B4を組み込むためのものであって、断面L字状の枠材を複数個、締結部材により組合わせて内部に直方体の空間が形成されるようにし、枠材の一部にスナバ抵抗取付部と、スナバコンデンサ取付部と、分圧抵抗取付部と、接続導体取付部を有したスナバ回路ユニット枠51と、スナバ抵抗取付部に碍子付取付部材を介して取付られるスナバ抵抗R1〜R4と、スナバコンデンサ取付部に取付られるスナバコンデンサC1〜C4と、分圧抵抗取付部に取付けられる分圧抵抗B1〜B4と、スナバ回路ユニット枠51の外側に接続され、スナバ回路を構成する部品相互を接続する際に使用する絶縁物からなるケーブルサポート(配線接続具)54と、接続導体取付部に取付けられ電力変換素子と交流リアクトルACLに接続するための接続導体55と、
スナバ回路ユニット枠51をキュービクル枠11に挿入した際にキュービクル枠11と接する底面に固定されスナバ回路ユニット枠51をキュービクル枠11から容易に引き出せるようにするためのすべり部材53とを備えている。
The snubber circuit unit 5 is for incorporating snubber resistors R1 to R4, snubber capacitors C1 to C4, and voltage dividing resistors B1 to B4 that are connected to the arm 21 and constitute a snubber circuit, and is a frame member having an L-shaped cross section. A plurality of a plurality of fastening members are combined to form a rectangular parallelepiped space, and a snubber resistor mounting portion, a snubber capacitor mounting portion, a voltage dividing resistor mounting portion, and a connecting conductor mounting are formed in a part of the frame material. Snubber circuit unit frame 51 having a portion, snubber resistors R1 to R4 attached to the snubber resistor attaching portion via attachment members with levers, snubber capacitors C1 to C4 attached to the snubber capacitor attaching portion, and voltage dividing resistor attaching From the voltage divider resistors B1 to B4 attached to the part and the insulator used to connect the components constituting the snubber circuit connected to the outside of the snubber circuit unit frame 51 That a cable support (wiring connector) 54, a connection conductor 55 for connection to an AC reactor ACL and attached power conversion device to the connection conductor mounting portion,
The snubber circuit unit frame 51 is fixed to the bottom surface in contact with the cubicle frame 11 when the snubber circuit unit frame 51 is inserted into the cubicle frame 11, and a sliding member 53 is provided so that the snubber circuit unit frame 51 can be easily pulled out from the cubicle frame 11.
そして、キュービクル1内の冷却ファン15の設置されている部分に図1で示したコンバータ2の交流入力端子に接続された交流リアクトルACLl、ACL2、ACL3を収納すると共に、キュービクル1内の電力変換素子収納室17の下部に、コンバータ2を構成する各電力変換素子を制御するためのパルス電源を含む制御電気用品6を収納したものである。   Then, AC reactors ACL1, ACL2, and ACL3 connected to the AC input terminal of converter 2 shown in FIG. 1 are housed in the portion where cooling fan 15 is installed in cubicle 1, and the power conversion element in cubicle 1 is also accommodated. A control electrical appliance 6 including a pulse power source for controlling each power conversion element constituting the converter 2 is stored in a lower portion of the storage chamber 17.
このような構成により、冷却ファン15により発生する冷却風で、最初に電力変換素子収納室内に有る温度上昇限度(温度上昇しきい値)の低い電力変換素子スタックユニット4を冷却し、次にスナバ回路収納室内に有る温度上昇限度(温度上昇しきい値)の高いスナバ回路ユニット5を冷却することができる。   With such a configuration, the cooling air generated by the cooling fan 15 first cools the power conversion element stack unit 4 having a low temperature rise limit (temperature rise threshold) in the power conversion element storage chamber, and then the snubber. The snubber circuit unit 5 having a high temperature rise limit (temperature rise threshold) in the circuit housing chamber can be cooled.
以上述べた本発明の風冷式電力変換装置の実施形態によれば、キュービクル内の下部側及び上部側にそれぞれ吸気口及び排気口を形成し、かつキュービクル内の排気口近くに冷却ファンを配設し、冷却ファンにより発生する同一の冷却風の流れの中で、最初に電力変換素子スタックを冷却し、次にスナバ回路ユニットを冷却するように構成したので、装置サイズの縮小化を図り、装置容量に関係無く、標準化の実装設計が可能で、冷却構造を標準化することができる。   According to the embodiment of the air-cooled power conversion device of the present invention described above, the air inlet and the exhaust port are formed on the lower side and the upper side in the cubicle, respectively, and the cooling fan is arranged near the exhaust port in the cubicle. In the same cooling air flow generated by the cooling fan, the power conversion element stack is cooled first, and the snubber circuit unit is then cooled. Regardless of the device capacity, standard mounting design is possible, and the cooling structure can be standardized.
また、キュービクル内であって、電力変換素子収納室とスナバ回路収納室の間に、電力変換素子スタックユニットに有し、電力変換素子自身を冷却するため、各電力変換素子に有する冷却フィンに対応する位置に、前記冷却ファンで発生する冷却風を通す複数の冷却空気通風孔をそれぞれ形成してなる冷却風仕切り板を設けたので、電力変換素子スタックユニット、特に電力変換素子自身を確実に冷却することができる。   Also, in the cubicle, between the power conversion element storage chamber and the snubber circuit storage chamber, in the power conversion element stack unit, to cool the power conversion element itself, corresponding to the cooling fins in each power conversion element The cooling air partition plate, which is formed with a plurality of cooling air ventilation holes through which the cooling air generated by the cooling fan is formed, is provided at a position where the power conversion element stack unit, in particular, the power conversion element itself is reliably cooled. can do.
さらに、電力変換素子スタックユニット4の底面側であって、キュービクル内のキュービクル枠上を転動するローラ34を設けたので、電力変換素子スタックユニットをキュービクル外部に容易に引き出すことができる。   Furthermore, since the roller 34 that rolls on the cubicle frame in the cubicle is provided on the bottom surface side of the power conversion element stack unit 4, the power conversion element stack unit can be easily pulled out of the cubicle.
また、スナバ回路ユニットの底面側であって、キュービクル内のスナバ回路収納室のキュービクル枠上を滑る滑り部材53を設けたので、スナバ回路ユニット5をキュービクル外部に容易に引き出すことができる。   In addition, since the sliding member 53 is provided on the bottom surface side of the snubber circuit unit and slides on the cubicle frame of the snubber circuit storage chamber in the cubicle, the snubber circuit unit 5 can be easily pulled out of the cubicle.
(変形例)
前述の実施形態ではキュービクル枠の外側にキュービクル板を貼ったキュービクル内部の排気口近くに冷却ファンを2台配設したものを例に挙げたが、キュービクル内部の冷却ファンの台数を増やしたり、キュービクル外部の吸気口に外気をキュービクル内部に強制的送り込む冷却ファンを設けるようにしてもよい。
(Modification)
In the above-described embodiment, the example in which two cooling fans are arranged near the exhaust port inside the cubicle with the cubicle plate attached to the outside of the cubicle frame is exemplified. However, the number of cooling fans inside the cubicle can be increased or the cubicle can be increased. A cooling fan that forcibly sends outside air into the interior of the cubicle may be provided at an external intake port.
前述の実施形態では、キュービクル1内の冷却ファン15の設置されている部分に、図1の交流リアクトルACLl、ACL2、ACL3を収納すると共に、キュービクル1内の電力変換素子収納室17の下部に、コンバータ2を構成する各電力変換素子を制御するためのパルス電源を含む制御電気用品6を収納した例について説明したが、これらは用途等によってはキュービクル1内の任意の空間に配置してもよい。   In the above-described embodiment, the AC reactors ACLl, ACL2, and ACL3 of FIG. 1 are stored in the portion where the cooling fan 15 in the cubicle 1 is installed, and at the bottom of the power conversion element storage chamber 17 in the cubicle 1, Although the example which accommodated the control electric appliance 6 containing the pulse power supply for controlling each power conversion element which comprises the converter 2 was demonstrated, these may be arrange | positioned in the arbitrary spaces in the cubicle 1 depending on a use etc. .
本発明の風冷式電力変換装置の電力変換器の主回路を示す図。The figure which shows the main circuit of the power converter of the air-cooling type | mold power converter device of this invention. 本発明の風冷式電力変換装置のスナバ回路ユニットの一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the snubber circuit unit of the air-cooling type | mold power converter device of this invention. 本発明の風冷式電力変換装置の電力変換素子スタックユニットの平面図。The top view of the power conversion element stack unit of the air-cooling type power converter of the present invention. 本発明の風冷式電力変換装置の電力変換素子スタックユニットの正面図。The front view of the power conversion element stack unit of the air-cooling type power converter of the present invention. 本発明の風冷式電力変換装置の概略構成を示す正面図。The front view which shows schematic structure of the air-cooling type | mold power converter device of this invention. 本発明の風冷式電力変換装置の概略構成を示す側面図。The side view which shows schematic structure of the air-cooling type | mold power converter device of this invention. 本発明の風冷式電力変換装置の概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the air-cooling type | mold power converter device of this invention.
符号の説明Explanation of symbols
S1〜S12…電力変換素子、R1〜R12…スナバ抵抗、B1〜B12…分圧抵抗、
C1〜C12…スナバコンデンサ、ACL…交流リアクトル、1…キュービクル、2…コンバータ、3…インバータ、4…電力変換素子スタックユニット、5…スナバ回路ユニット、6…制御電気用品、11…キュービクル枠、12…キュービクル板、13…吸気口、14…排気口、15…冷却ファン、16…スナバ回路収納室、17…電力変換素子収納室
、21〜23…アーム。
S1-S12 ... power conversion element, R1-R12 ... snubber resistance, B1-B12 ... voltage dividing resistor,
C1 to C12 ... snubber capacitor, ACL ... AC reactor, 1 ... cubicle, 2 ... converter, 3 ... inverter, 4 ... power conversion element stack unit, 5 ... snubber circuit unit, 6 ... control electrical appliance, 11 ... cubicle frame, 12 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Cubicle board, 13 ... Intake port, 14 ... Exhaust port, 15 ... Cooling fan, 16 ... Snubber circuit storage chamber, 17 ... Power conversion element storage chamber, 21-23 ... Arm.

Claims (5)

  1. 複数のアームをブリッジ接続してなり、前記各アームには複数の半導体素子からなる電力変換素子を直列接続し、前記各電力変換素子にスナバ回路を並列に接続して電力変換器の主回路を構成し、前記主回路をキュービクル枠と前記キュービクル枠に配設するキュービクル板を備えたキュービクル内に収納すると共に、前記キュービクル内に備えた冷却ファンにより発生する冷却風で前記主回路を冷却する風冷式電力変換装置において、
    前記キュービクルは、前記キュービクル板における下部側の側壁には外気を内部に取り込む吸気口を有し、かつ前記キュービクル板における上部側の側壁に内部の空気を外部に排気する排気口を有し、前記キュービクル内部の前記排気口近くに前記冷却ファンを有し、内部の前記吸気口の有る側に電力変換素子スタックユニットを収納する電力変換素子収納室を形成すると共に、内部の前記冷却ファンの有る側にスナバ回路ユニットを収納するスナバ回路収納室を形成してなり、
    前記電力変換素子収納室内には、前記電力変換素子のうち少なくとも1アームを構成する複数の電力変換素子を一つのスタックとして結合し、かつこのスタックを電力変換素子スタックユニット枠に組み込んだ電力変換素子スタックユニットを、前記キュービクル枠から引出し可能に収納し、
    前記スナバ回路収納室には、前記各アームの前記電力変換素子に並列に接続されるスナバ回路のうち少なくとも1アームを構成する複数のスナバ回路を一つのスナバ回路ユニット枠に組み込んだスナバ回路ユニットを、前記キュービクル枠から引出し可能に収納し、
    前記冷却ファンにより発生する冷却風で、最初に前記電力変換素子収納室内に有る電力変換素子スタックユニットを冷却し、次にスナバ回路収納室内に有るスナバ回路ユニットを冷却するようにしたことを特徴とする風冷式電力変換装置。
    A plurality of arms are bridge-connected, a power conversion element composed of a plurality of semiconductor elements is connected in series to each arm, and a snubber circuit is connected in parallel to each power conversion element to form a main circuit of the power converter. The main circuit is housed in a cubicle having a cubicle frame and a cubicle plate disposed in the cubicle frame, and the main circuit is cooled by cooling air generated by a cooling fan provided in the cubicle. In the cold power converter,
    The cubicle has an intake port for taking outside air into the lower side wall of the cubicle plate, and an exhaust port for exhausting internal air to the outside on the upper side wall of the cubicle plate, The cooling fan is provided near the exhaust port inside the cubicle, and a power conversion element storage chamber for storing the power conversion element stack unit is formed on the side where the intake port is provided, and the internal side where the cooling fan is provided A snubber circuit storage chamber for storing the snubber circuit unit in
    In the power conversion element storage chamber, a plurality of power conversion elements constituting at least one arm among the power conversion elements are combined as a stack, and the power conversion element is assembled in a power conversion element stack unit frame. The stack unit is stored so that it can be pulled out of the cubicle frame,
    The snubber circuit storage chamber includes a snubber circuit unit in which a plurality of snubber circuits constituting at least one arm among snubber circuits connected in parallel to the power conversion element of each arm are incorporated in one snubber circuit unit frame. , Retractable from the cubicle frame,
    The cooling air generated by the cooling fan first cools the power conversion element stack unit in the power conversion element storage chamber, and then cools the snubber circuit unit in the snubber circuit storage chamber. Air-cooled power converter.
  2. 複数のアームをブリッジ接続してなり、前記各アームには複数の半導体素子からなる電力変換素子を直列接続し、前記各電力変換素子に各々スナバ回路を並列に接続し、かつ前記アームの交流接続点に交流リアクトルを接続して電力変換器の主回路を構成し、前記主回路を、キュービクル枠と前記キュービクル枠に配設するキュービクル板を備えたキュービクル内に収納すると共に、前記キュービクル内に備えた冷却ファンにより発生する冷却風で前記主回路を冷却し、かつ前記電力変換素子を制御するための制御電気用品を備えた風冷式電力変換装置において、
    前記キュービクルは、前記キュービクル板における下部側の側壁に外気を内部に取り込む吸気口を有し、かつ前記キュービクル板における上部側の側壁に内部の空気を外部に排気する排気口を有し、前記キュービクルにおける内部の前記排気口近くに前記冷却ファンを有し、前記キュービクル内部の前記吸気口の有る側に電力変換素子スタックユニットを収納する電力変換素子収納室を形成すると共に、前記キュービクル内部の前記冷却ファンの有る側にスナバ回路ユニットを収納するスナバ回路収納室を形成してなり、
    前記電力変換素子収納室内には、前記電力変換素子のうち少なくとも1アームを構成する複数の電力変換素子を一つのスタックとして結合し、かつこのスタックを電力変換素子スタックユニット枠に組み込んだ電力変換素子スタックユニットを、前記キュービクル枠から引出し可能に収納し、
    前記スナバ回路収納室には、前記各アームの前記電力変換素子に並列に接続されるスナバ回路のうち少なくとも1アームを構成する複数のスナバ回路を一つのスナバ回路ユニット枠に組み込んだスナバ回路ユニットを前記キュービクル枠から引出し可能に収納し、
    前記キュービクル内の前記冷却ファンの設置されている部分に前記交流リアクトルを収納すると共に、前記キュービクル内の前記電力変換素子収納室の下部に前記制御電気用品
    を収納し、
    前記冷却ファンにより発生する冷却風で、最初に前記電力変換素子収納室内に有る電力変換素子スタックユニットを冷却し、次にスナバ回路収納室内に有るスナバ回路ユニットを冷却するようにしたことを特徴とする風冷式電力変換装置。
    A plurality of arms are bridge-connected, a power conversion element composed of a plurality of semiconductor elements is connected in series to each arm, a snubber circuit is connected in parallel to each power conversion element, and an AC connection of the arms An AC reactor is connected to a point to constitute a main circuit of a power converter, and the main circuit is housed in a cubicle frame and a cubicle plate disposed in the cubicle frame and provided in the cubicle. In the air-cooled power conversion device provided with a control electrical appliance for cooling the main circuit with cooling air generated by a cooling fan and controlling the power conversion element,
    The cubicle has an intake port for taking outside air into a lower side wall of the cubicle plate, and has an exhaust port for exhausting internal air to the outside on an upper side wall of the cubicle plate, The cooling fan is provided near the exhaust port in the interior of the cubicle, and a power conversion element storage chamber for storing the power conversion element stack unit is formed on the side of the cubicle where the intake port is present, and the cooling inside the cubicle is formed. A snubber circuit storage chamber for storing the snubber circuit unit is formed on the fan side.
    In the power conversion element storage chamber, a plurality of power conversion elements constituting at least one arm among the power conversion elements are combined as a stack, and the power conversion element is assembled in a power conversion element stack unit frame. The stack unit is stored so that it can be pulled out of the cubicle frame,
    The snubber circuit storage chamber includes a snubber circuit unit in which a plurality of snubber circuits constituting at least one arm among snubber circuits connected in parallel to the power conversion element of each arm are incorporated in one snubber circuit unit frame. Stored so that it can be pulled out of the cubicle frame,
    The AC reactor is housed in a part where the cooling fan is installed in the cubicle, and the control electrical appliance is housed in a lower part of the power conversion element housing chamber in the cubicle,
    The cooling air generated by the cooling fan first cools the power conversion element stack unit in the power conversion element storage chamber, and then cools the snubber circuit unit in the snubber circuit storage chamber. Air-cooled power converter.
  3. 前記キュービクル内であって、前記電力変換素子収納室と前記スナバ回路収納室の間に、
    前記電力変換素子スタックユニットに有し、前記電力変換素子自身を冷却するため、各電力変換素子に有する冷却フィンに対応する位置に、前記冷却ファンで発生する冷却風を通す複数の冷却空気通風孔をそれぞれ形成してなる冷却風仕切り板を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の風冷式電力変換装置。
    In the cubicle, between the power conversion element storage chamber and the snubber circuit storage chamber,
    A plurality of cooling air ventilation holes through which the cooling air generated by the cooling fan is passed to positions corresponding to the cooling fins of each power conversion element in order to cool the power conversion element itself in the power conversion element stack unit A wind-cooled power converter according to claim 1 or 2, further comprising a cooling wind partition plate formed by forming each of the above.
  4. 前記電力変換素子スタックユニットの底面側であって、前記キュービクル内の前記キュービクル枠上を転動するローラを設け、前記電力変換素子スタックユニットを前記キュービクル外部に引き出す際の支援部材となるようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の風冷式電力変換装置。   A roller is provided on the bottom surface side of the power conversion element stack unit and rolls on the cubicle frame in the cubicle so as to serve as a support member when the power conversion element stack unit is pulled out of the cubicle. The air-cooled power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein
  5. スナバ回路ユニットの底面側であって、前記キュービクル内のスナバ回路収納室の前記キュービクル枠上を滑る滑り部材を設け、前記スナバ回路ユニットを前記キュービクル外部に引き出す際の支援部材となるようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の風冷式電力変換装置。   A sliding member is provided on the bottom surface side of the snubber circuit unit and slides on the cubicle frame of the snubber circuit storage chamber in the cubicle so that the snubber circuit unit is pulled out to the outside of the cubicle. The air-cooled power converter according to any one of claims 1 to 3.
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