JP5557891B2

JP5557891B2 - 三相電力変換装置

Info

Publication number: JP5557891B2
Application number: JP2012261837A
Authority: JP
Inventors: 修治加藤; 正謙執行; 寛永田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP2013042663A

Description

本発明は、三相の半導体電力変換装置に関する。

従来、大電力を取り扱う電力変換器等においては、複数個のパワー半導体スイッチング素子、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を並列接続して用い、大電力の処理が可能になるように構成している。

ところで、複数個のパワー半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴを並列接続する際に、単純に導体によって並列接続したりすると、各ＩＧＢＴと交流負荷間に接続配置される導体のインダクタンス値が相違することにより、各ＩＧＢＴに均一な電流を流すことが難しい。そして、各ＩＧＢＴに流れる電流値が異なる場合、多くの電流が流れるＩＧＢＴに熱破壊が生じる可能性が高くなる。一方、このようなＩＧＢＴの熱破壊を避けるためには、使用するＩＧＢＴの特性を選択したり、必要以上に大電力容量のＩＧＢＴを用いる必要があり、結果的に、コストアップにつながることになる。

かかる弊害を除くために、〔特許文献１〕では、複数個のパワー半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴを並列接続する際に、各ＩＧＢＴと負荷間に接続配置される導体のインダクタンス値がそれぞれ等しくなるように、各ＩＧＢＴの接続配置状態を考慮した構造のものが提案されている。

前記〔特許文献１〕に開示されたコンバータは、各相毎に、並列接続した複数個のＩＧＢＴと平滑コンデンサとを備え、平滑コンデンサの両端子と各ＩＧＢＴの両入力端とを一対の直流短絡バーで接続するとともに、各ＩＧＢＴの出力端と出子端子とを交流短絡バーで接続したもので、各ＩＧＢＴの直線状に配置された入出力端子の配置方向と直交する方向に一列に配置し、直流短絡バー及び交流短絡バーを各ＩＧＢＴの配置方向に並列に配置するとともに、各ＩＧＢＴの上側方向に延長し、各ＩＧＢＴの上側において直流短絡バーと交流短絡バー間に絶縁膜を配置して重ね合わせた構造にすることにより、直流短絡バーと各ＩＧＢＴ及び交流短絡バーと各ＩＧＢＴ間の接続配置状態が均一になるようにしているものである。

特開平９−２４７９６０号公報

前記〔特許文献１〕に開示されたコンバータは、複数のパワー半導体スイッチング素子、この場合、ＩＧＢＴを並列接続する場合に、各ＩＧＢＴが同一方向に一列に配置されている構造になっているため、並列接続されるＩＧＢＴの個数が増大した場合、並列接続された各ＩＧＢＴの全体が非常に細長い構造のものになり、この構造に平滑コンデンサを接続すると、さらに細長い構造になるだけでなく、交流短絡バーの長さも長くなり、直流短絡バー及び交流短絡バーのインダクタンスが無視できなくなる。さらに、並列接続素子間の配線インダクタンスが不均一になる。

本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、複数個のパワー半導体スイッチング素子を並列接続する場合、入出力端子間において各パワー半導体スイッチング素子の接続導体を含んだ総合インダクタンスをなるべく均等にすることを実現することにある。

上記課題を達成するために、本発明は、直流端子を有する三相電力変換装置において、前記直流端子はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、前記Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、前記Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは、半導体素子に接続されており、前記半導体素子は、３組に分かれており、前記３組の各々において、前記半導体素子を接続する交流端子は、対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、前記各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、前記各交流端子間を接続するブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、前記各交流取り出し端子同士が対称な形状のブスバーで接続されており、前記各交流取り出し端子同士を接続するブスバーの対称位置に、前記３組の各々に対応させて、第１の相、第２の相及び第３の相の交流端子を設けた。

また、直流端子と交流端子を備えた三相電力変換装置において、二つの複合コンバータユニットと、各々の前記複合コンバータユニットは二つのコンバータユニットから構成され、各々の前記コンバータユニットは半導素子を有しており、前記半導体素子は、Ｐ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、前記Ｐ側直流ブスバーと前記Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、前記各コンバータユニットにおいて、前記半導体素子は３組に分かれており、前記３組の各々において、前記半導体素子を接続する交流端子は、同士は大略対称な形状のブスバーで接続され、前記交流端子間を接続する前記ブスバーの対称位置に前記交流取り出し端子が設けられ、前記二つのコンバータユニットの前記交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの前記コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士を接続する前記ブスバーの対称位置に前記複合コンバータの交流取り出し端子を設け、前記二つの複合コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの前記複合コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士を接続する前記ブスバーの対称位置に前記３組に対応した前記交流端子を設けた。

また、直流端子と交流端子を備えた三相半導体電力変換装置において、三つのコンバータユニットと、各々の前記コンバータユニットは半導体素子を有しており、前記半導体素子はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、前記Ｐ側直流ブスバーと前記Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、三つの前記コンバータユニットにおいて、前記半導体素子を接続する交流端子は、対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、前記交流端子間を接続する前記ブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、三つの前記コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士がユニット間ブスバーで接続されており、三つの前記コンバータユニットのうち中央に配置された前記コンバータユニットの各前記半導体ユニットから前記ユニット間ブスバーを接続する交流ブスバーの両側からスリットを入れることにより、前記三つの各々の前記コンバータユニットの各半導体ユニットの各交流端子から前記ユニット間のインダクタンスが大略同じであり、前記コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士を接続する前記ブスバーの対称位置に、前記交流端子を設けた。

あるいは、直流出力端子と三相の交流出力端子を有する三相電力変換装置において、二つのコンバータユニットと、各々の該コンバータユニットは６群の半導体パッケージ等で構成され、該６群の半導体パッケージ群はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、該Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、かつ、該半導体パッケージ群の各半導体パッケージは２ずつ組になっており、組になった各半導体パッケージの各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、該交流端子間を接続するブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該コンバータユニット間ブスバーの対称位置に交流出力端子を設けたことを特徴とするものである。

また、上記課題を達成するために、本発明は直流出力端子と三相の交流出力端子を備えた三相電力変換装置において、二つの複合コンバータユニットと、各々の該複合コンバータユニットは二つのコンバータユニットから構成され、各々の該コンバータユニットは６群の半導体パッケージで構成され、該複合コンバータユニットを構成する各該コンバータユニットの該６群の半導体パッケージ群はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、該Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、かつ、該６群の半導体パッケージ群を構成する各半導体パッケージは２群の半導体パッケージ毎に組になっており、組となった半導体パッケージ群の交流端子同士は大略対称な形状のブスバーで接続され、該交流端子間を接続する該ブスバーの対称位置に該交流取り出し端子が設けられ、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に該複合コンバータの交流取り出し端子を設け、二つの該複合コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該複合コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に交流出力端子を設けたことを特徴とするものである。

また、上記課題を達成するために、本発明は直流出力端子と三相の交流出力端子を備えた三相半導体電力変換装置において、三つのコンバータユニットと、各々の該コンバータユニットは６群の半導体パッケージで構成され、該６群の半導体パッケージ群はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、該Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、かつ、該半導体パッケージ群の各半導体パッケージは２ずつ組になっており、組になった各半導体パッケージの各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、該交流端子間を接続する該ブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、三つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士がユニット間ブスバーで接続されており、三つの該コンバータユニットのうち中央に配置された該コンバータユニットの各該半導体ユニットから該ユニット間ブスバーを接続する交流ブスバーの両側からスリットを入れることにより、前記三つの各々の該コンバータユニットの各半導体ユニットの各交流端子から該ユニット間のインダクタンスが大略同じであり、該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に、交流出力端子を設けたことを特徴とするものである。

更に、本発明は三相電力変換装置において、前記半導体パッケージは同じ風冷の冷却フィン上に実装されたことを特徴とするものである。

更に、本発明は三相電力変換装置において、前記半導体パッケージの交流端子間を接続するブスバーが冷却フィンよりも風下に配置されたことを特徴とするものである。

更に、本発明は三相電力変換装置において、前記冷却フィンの風下に設置された半導体パッケージの交流端子間を接続するブスバーが冷却フィンに対して垂直方向の向きに配置されたことを特徴とするものである。

更に、本発明は三相電力変換装置において、前記コンバータユニットの６群の半導体パッケージ群の三つ離れた半導体パッケージ同士を組にして、組になった該半導体パッケージの交流端子同士を前記交流ブスバーで接続したことを特徴とするものである。

本発明によれば、複数個のパワー半導体スイッチング素子を並列接続した場合でも、入出力端子間において各パワー半導体スイッチング素子の接続導体を含んだ総合インダクタンスをなるべく均等にすることを実現し、更には、直流コンデンサのリプル低減を行える三相半導体電力変換装置を提供することが実現できる。

本発明の第１の実施例の三相半導体電力変換装置の構成図。本発明の第１の実施例の三相半導体電力変換装置の回路構成図。本発明の各実施例の三相半導体電力変換装置を構成する半導体パッケージの回路構成図。本発明の第２の実施例の三相半導体電力変換装置の構成図。本発明の第３の実施例の三相半導体電力変換装置の構成図。本発明の第４の実施例の三相半導体電力変換装置の構成図。本発明の三相半導体電力変換装置の実施形態を示す構成図。本発明の効果を説明するための比較図。本発明の効果を示すための説明図。本発明の第５の実施例の三相半導体電力変換装置の一部の構成図。本発明の第１〜４の実施例の三相半導体電力変換装置の一部の構成図。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。まず、図３を用いて、各実施例の三相半導体電力変換装置の主要要素である半導体パッケージ１０１の回路構成について説明する。半導体パッケージ１０１には、ＩＧＢＴ１Ｐｇと該ＩＧＢＴ１Ｐｇに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード１Ｐｄからなる並列体が、ＩＧＢＴ１Ｎｇと該ＩＧＢＴ１Ｎｇに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード１Ｎｄからなる並列体と直列接続した構成である。該半導体パッケージ１０１は、三つの端子を有する。一つがＩＧＢＴ１Ｐｇのコレクタ端子であり、半導体パッケージＰ側端子１９２と呼ぶ。もう一つは、ＩＧＢＴ１Ｎｇのエミッタ端子であり、半導体パッケージＮ側端子１９１と呼ぶ。最後の一つが、ＩＧＢＴ１Ｐｇのエミッタ端子であり、半導体パッケージの交流端子１９３と呼ぶ。
半導体パッケージ１０１はいわゆる２ｉｎ１の構成であるが、また、別の変形例として１ｉｎ１の構成のＩＧＢＴを２直列に接続した構成、すなわち、ＩＧＢＴ１Ｐｇとダイオード１Ｐｄの並列体を一つのパッケージに収納し、ＩＧＢＴ１Ｎｇとダイオード１Ｎｄを別のパッケージに収納し、それらのパッケージを２直列接続しても同様の動作を行うことが
できる。

本明細書では、１ｉｎ１のパッケージを２直列接続して、図７の２ｉｎ１の半導体パッケージ１０１の機能を持たせたものも、半導体パッケージ１０１もしくは半導体パッケージ群１０１と呼ぶことにする。また、ＩＧＢＴ１ＰｇやＩＧＢＴＮｇはゲート信号で駆動する他の半導体スイッチングデバイス、例えばＭＯＳ−ＦＥＴなどでもよい。

図１は、本発明による半導体回路の第１実施例を示す接続配置図であり、図２はその等価回路を示す。

図１と図２を用いて三相半導体電力変換装置の構成を説明する。なお、図２では半導体パッケージ１０１を構成するＩＧＢＴ１Ｐｇと該ＩＧＢＴ１Ｐｄｇに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード１Ｐｄからなる並列体に引き出し線をつけて、半導体パッケージ１０１の一部であることを示す１０１の記号を付加している。

まず、第１の実施例の概略構成を説明する。図１の三相半導体電力変換装置は、コンバータユニット３００が２台並列接続された構成をとる。各コンバータユニット３００は、それぞれのＰ側直流取り出し端子３５１とＮ側直流取出し端子３５２をユニット間Ｐ側直流ブスバー１３３とユニット間Ｎ側直流ブスバー１３４で並列接続されており、また、交流取り出し端子４００をユニット間交流ブスバー１４２Ｕ〜１４２Ｗで並列接続されている。

次にコンバータユニット３００の構成について説明する。該各コンバータユニット３００は６群の半導体パッケージ１０１で構成され、となりあった半導体パッケージ１０１同士が２個ずつ組となっている。すなわち、コンバータユニット３００の各半導体パッケージは三つの組に分類される。各組のうち、一組の各半導体パッケージの交流端子１９３を三相交流のＵ相、もう一組目の各半導体パッケージの交流端子１９３をＶ相出力、残りのもう一組の各半導体パッケージ交流端子１９３をＷ相出力として機能させる。組となった各半導体パッケージの交流端子１９３は対称な構造の交流ブスバーで互いに接続される。Ｕ相出力の組の半導体パッケージの交流端子１９３はＵ相の交流ブスバー１４１Ｕで接続
される。もう一組がＶ相の交流ブスバー１４１Ｖ、もう一組がＷ相の交流ブスバー１４１Ｗに接続される。各相の交流取り出し端子４００は、各相の交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗの対称位置に設置する。各交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗは対称な構造となっているので、並列接続された半導体パッケージ１０１の電流をバランスさせやすい。

一方、６群の各半導体パッケージ１０１のＰ側端子１９２は共通の直流ブスバー１３１、各半導体パッケージ１０１のＮ側端子１９１は直流ブスバー１３２に接続される。該直流ブスバー１３１と該直流ブスバー１３２は各コンデンサ１０３に接続される。

該直流ブスバー１３１と該直流ブスバー１３２は薄い絶縁層を挟んで互いに対向した構成とすることにより低インダクタンス化を図っている。

また、前記各コンバータユニット３００の各６群の半導体パッケージ１０１は同じ冷却フィン１０２の上に実装されて、電流を導通させたり、スイッチングしたりする時に発生する熱を冷却フィン１０２で吸収する。冷却フィン１０２は風により冷却するが、コンデンサ１０３は高温に耐えられないので、該冷却フィン１０２から発生する温風に該コンデンサ１０３がさらされない様に冷却フィン１０２をコンデンサ１０３よりも風下に設置する。

次にコンバータユニット３００同士の接続について説明する。前述のように、図１では、三相半導体電力変換装置１００が２組並列に接続された構成をとる。各コンバータユニット３００の直流ブスバー１３１と１３２はそれぞれ、Ｐ側直流取り出し端子３５１とＮ側直流取出し端子３５２でユニット間Ｐ側直流ブスバー１３３とユニット間Ｎ側直流ブスバー１３４で接続される。Ｐ側直流取り出し端子３５１とＮ側直流取出し端子３５２はいずれも、コンデンサ１０２よりも半導体パッケージ１０１から遠い所に設置される。Ｐ側直流取り出し端子３５１とＮ側直流取出し端子３５２をコンデンサ１０３よりも、かつ各半導体パッケージ１０１よりも遠い所に設置することにより、Ｐ側直流取り出し端子３５１とＮ側直流取出し端子３５２と半導体パッケージ１０１の間にコンデンサ１０３が介在するので、直流ブスバー１３１，１３２の電流アンバランスを防止できる。

本実施例の三相半導体電力変換装置の出力端子１６１と出力端子１６２は、該ユニット間Ｐ側直流ブスバー１３３と該ユニット間Ｎ側直流ブスバー１３４に設置される。

次にコンバータユニット３００同士の交流側の接続について説明する。コンバータユニット３００の各相の交流取り出し端子４００同士はユニット間交流ブスバー１４２Ｕ〜Ｗで接続される。本実施例の半導体電力変換装置の交流出力端子１５１Ｕ〜１５１Ｗはユニット間交流ブスバー１４２Ｕ〜１４２Ｗの対称位置に設置される。

次に、本発明の効果である、電流バランスと直流コンデンサリプル低減を両立できることについて述べる。半導体電力変換装置はＰＷＭ信号に基づいて、直流コンデンサに印加された直流電圧を該直流コンデンサに接続された半導体パッケージ１０１の各ＩＧＢＴをスイッチングすることにより、交流出力端子１５１Ｕ〜１５１Ｗに交流電圧を出力する。

まず、コンデンサ１０３のリプル電流について説明する。コンデンサ１０３のリプルが発生するためには、コンデンサ１０３から電力の出入りが必要となる。

「コンデンサ１０３もしくは、出力端子１６１，１６２」と「交流出力端子１５１Ｕ〜１５１Ｗ」の電力の授受をするには表１の条件が必要となる。すなわち、表１の各ＩＧＢＴのゲート条件のとき、各相の交流電流表は、出力端子１６１，１６２と直流コンデンサ１０２を通過する。また、定常状態では、直流コンデンサから供給されるリプル電流には直流成分は重畳されない。したがって、定常状態では直流コンデンサ１０２に直流電流成分は重畳されないので、前記の出力端子１６１，１６２と直流コンデンサ１０２を通過す
る電流のうち、交流成分がコンデンサのリプル電流となる。

次に、力率１の時を例にとり説明する。

図８は、力率１の時にＵ相として機能する半導体パッケージ１０１の交流端子１９３から流れ出る電流を、図９は、力率１の時に各相半導体パッケージ１０１の交流端子１９３から流れ出る電流の和を示す。本実施例のように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の半導体パッケージ１０１を低インダクタンスの直流ブスバー１３１，１３２で接続した場合は、直流コンデンサのリプルは図９の波形に近い波形となり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各半導体パッケージの各直流端子１９１，１９２間のインダクタンスが大きいと図８に近いリプル電流波形となる。すなわち、本実施例のように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の半導体パッケージ１０１を低インダクタンス化した直流ブスバー１３１，１３２で接続することによりコンデンサ１０３のリプル電流を小さくすることができる。

次に、電流分担について述べる。各相の半導体パッケージ１０１のＩＧＢＴは同時にスイッチングする。本発明の電力変換装置では、前述のように直流ブスバー１３１，１３２のインダクタンスを低インダクタンス化しているので、直流ブスバー１３１，１３２のインダクタンスよりも、交流ブスバーのインダクタンスが十分大きい。したがって、各半導体パッケージ１０１の交流端子１９３から流れる電流の電流分担は交流端子のインダクタンスによって決まる。まず、コンバータユニット３００内の組になった半導体パッケージ１０１の交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗは対称な形状となっているので、コンバータユニット３００内の組になった半導体パッケージ１０１の電流はほぼ等しい。次にコンバータユニット３００間の電流バランスであるが、やはり、ユニット間交流ブスバーが対称な形状となっているので、電流がバランスできる。したがって、各半導体パッケージ１０１の電流をバランスさせることができる。

また、各ユニットの交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗは、ユニット間交流ブスバー１４２Ｕ〜１４２Ｗで互いに接続される。ユニット間交流ブスバー１４２Ｕ〜１４２Ｗは冷却フィン２の風下に配置して、ブスバーは風向きに対して水平に設置する。このようにすることにより、交流ブスバーを冷却して、交流ブスバーの断面積を小さくすることができる。また、断面積を小さくすると抵抗値が大きくなり、電流アンバランスをさらに低減でき
る効果もある。冷却フィンを通過する風は冷却フィンで暖められているが、ブスバーは極めて高温まで耐えられるので、ブスバーの冷却として十分使用できる。

図７には、本発明の三相半導体電力変換装置１００をモータ駆動用のインバータとして適用するときの等価回路を示す。本実施例以外の三相半導体電力変換装置１００でも同様応用が可能である。該三相半導体電力変換装置の出力端子１６１，１６２が直流電圧源
６００に接続される。一方、該三相半導体電力変換装置の交流出力端子１５１Ｕ〜１５１Ｗは三相誘導モータ１５０に接続される。

図では省略したが、三相半導体電力変換装置を構成する半導体パッケージ１０１のＩＧＢＴのゲート端子とエミッタ端子間にはゲートドライバが接続され、図示されていない制御装置の電圧指令に従って、交流電圧指令値をＰＷＭ制御したパルス信号が該ゲートドライバに入力され、各半導体パッケージ１０１の各ＩＧＢＴをスイッチングする。このようにすることにより、該三相半導体電力変換装置の交流出力端子１５１Ｕ〜１５１Ｗには、
交流電圧が出力される。したがって、交流ブスバー出力端子に接続された三相誘導モータ１５０を駆動させることができる。

第２の実施例は、コンバータユニット３００が４台並列に接続されたことを特徴とする。第２の実施例の構成を図４に示す。

図１の電力変換装置が２台並列接続された構成をとる。図４では、図１の電力変換装置に相当する構成を複合コンバータユニット２００と呼ぶ。また、複合コンバータユニット２００のＰ側直流取り出し端子をＰ側直流取り出し端子１６３，Ｎ側直流取り出し端子１６４，複合コンバータユニット２００の交流取り出し端子をそれぞれ１５３Ｕ，１５３Ｖ，１５３Ｗと呼ぶ。

第２の実施例の半導体電力変換装置は、各複合コンバータユニット２００の交流取り出し端子１５３Ｕ〜１５３Ｗを対称的な構造の交流ブスバー１４４Ｕ〜１４４Ｗで接続された構成となる。本電力変換装置の交流出力端子１５１Ｕ〜１５１Ｗは該交流ブスバー１４４Ｕ〜１４４Ｗの対称位置に設置する。

このような構成にすることにより、複合コンバータ間ユニットの各半導体パッケージ１０１の各ＩＧＢＴの電流をバランスすることができる。

交流ブスバー１４４Ｕ〜１４４Ｗは冷却フィン１０２の風下に配置して、ブスバーは風向きに対して水平に設置する。このようにすることにより、交流ブスバーを冷却して、交流ブスバーの断面積を小さくすることができる。また、断面積を小さくすると抵抗値が大きくなり、電流アンバランスをさらに低減できる効果がある。

第３の実施例は、コンバータユニット３００を３台並列したことを特徴とする。本実施例の三相半導体電力変換装置の構成を図５に示す。

コンバータユニットを３並列にした場合、交流端子の対称性による電流バランスをとることが難しい。そこで、中央に配置したコンバータユニット３００の交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗの両端から切れ込みをいれる。このようにすることにより、中央に配置した交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗのインダクタンスを大きくして、各三相半導体電力変換装置１００の交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗの電流をバランスさせることができる。

第４の実施例は、第３の実施例と同様にコンバータユニット３００を３並列したことを特徴とする。本実施例の三相半導体電力変換装置の構成を図６に示す。前述の第３の実施例では、中央に設置したコンバータユニット３００の交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗに切れ込みを入れたが、第４の実施例では、各コンバータユニットの交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗから延長バー１４３ａもしくは１４３ｂを介して、コンバータ間交流ブスバーに接続し、該延長バー１４３ｂに切れ込みを入れたことを特徴とする。このようにすることにより、中央に配置した交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗのインダクタンスを大きくして、各三相半導体電力変換装置１００の交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗの電流をバランスさせることができる。

第５の実施例は、実施例１乃至４の三相半導体電力変換装置１００の各コンバータユニット３００の半導体パッケージ１０１の組合せを変更したことを特徴とする。図１０は実施例１から実施例４の三相半導体電力変換装置１００を構成するコンバータユニット３００の各半導体パッケージ１０１を上から見た図を、図１１は第５の実施例の三相半導体電力変換装置１００を構成するコンバータユニット３００の各半導体パッケージ１０１を上から見た図を示す。図１０，図１１においても、同じ交流ブスバー１４１Ｕ〜１４１Ｗで接続された半導体パッケージ１０１が組となっており、交流ブスバー１４１Ｕで接続された半導体パッケージ１０１はＵ相として、交流ブスバー１４１Ｖで接続された半導体パッケージ１０１はＶ相として、交流ブスバー１４１Ｗで接続された半導体パッケージ１０１はＷ相として機能させる。

すなわち、図１０では、半導体パッケージ１０１はＵ相，Ｖ相，Ｗ相，Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の順に配列される。ＵＶＷの各相の半導体パッケージ１０１がより近づいて配置されることになり、図１０と図１１では図示していない各相間の直流ブスバー１３１，１３２のインダクタンスがより小さくなるので、直流コンデンサのリプル電流をより小さくすることが実現できる。

以上についてエッセンスを説明すると以下の通りとなる。
直流出力端子と三相の交流出力端子を有する三相電力変換装置において、
二つのコンバータユニットと、各々の該コンバータユニットは６群の半導体パッケージ等で構成され、
該６群の半導体パッケージ群はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、
該Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
かつ、該半導体パッケージ群の各半導体パッケージは２ずつ組になっており、組になった各半導体パッケージの各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、該交流端子間を接続するブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、
二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該コンバータユニット間ブスバーの対称位置に交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置（構成１）。

直流出力端子と三相の交流出力端子を備えた三相電力変換装置において、
二つの複合コンバータユニットと、各々の該複合コンバータユニットは二つのコンバータユニットから構成され、各々の該コンバータユニットは６群の半導体パッケージで構成され、
該複合コンバータユニットを構成する各該コンバータユニットの該６群の半導体パッケージ群はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、
該Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
かつ、該６群の半導体パッケージ群を構成する各半導体パッケージは２群の半導体パッケージ毎に組になっており、組となった半導体パッケージ群の交流端子同士は大略対称な形状のブスバーで接続され、該交流端子間を接続する該ブスバーの対称位置に該交流取り出し端子が設けられ、
二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に該複合コンバータの交流取り出し端子を設け、
二つの該複合コンバータユニットの該交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの該複合コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置（構成２）。

直流出力端子と三相の交流出力端子を備えた三相半導体電力変換装置において、
三つのコンバータユニットと、各々の該コンバータユニットは６群の半導体パッケージで構成され、
該６群の半導体パッケージ群はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、該Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
かつ、該半導体パッケージ群の各半導体パッケージは２ずつ組になっており、組になった各半導体パッケージの各交流端子は対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、該交流端子間を接続する該ブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、
三つの該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士がユニット間ブスバーで接続されており、
三つの該コンバータユニットのうち中央に配置された該コンバータユニットの各該半導体ユニットから該ユニット間ブスバーを接続する交流ブスバーの両側からスリットを入れることにより、前記三つの各々の該コンバータユニットの各半導体ユニットの各交流端子から該ユニット間のインダクタンスが大略同じであり、
該コンバータユニットの該交流取り出し端子同士を接続する該ブスバーの対称位置に、交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置（構成３）。

構成１乃至３の三相電力変換装置において、
前記半導体パッケージは同じ風冷の冷却フィン上に実装されたことを特徴とする三相電力変換装置（構成４）。

構成１乃至４の三相電力変換装置において、
前記半導体パッケージの交流端子間を接続するブスバーが冷却フィンよりも風下に配置されたことを特徴とする三相電力変換装置（構成５）。

構成１乃至５の三相電力変換装置において、
冷却フィンの風下に設置された半導体パッケージの交流端子間を接続するブスバーが冷却フィンに対して垂直方向の向きに配置されたことを特徴とした三相電力変換装置（構成６）。

構成１乃至６の三相電力変換装置において、
前記コンバータユニットの６群の半導体パッケージ群の三つ離れた半導体パッケージ同士を組にして、組になった該半導体パッケージの交流端子同士を前記交流ブスバーで接続したことを特徴とする三相電力変換装置（構成７）。

本発明は、大容量の電力を制御する一般的な電力変換装置に適用可能であり、特にモータドライブなどに利用可能である。

１Ｐｄ，１Ｎｄ下アームフリーホイールダイオード
１Ｐｇ上アームＩＧＢＴ
１Ｎｇ下アームＩＧＢＴ
１００三相半導体電力変換装置
１０１半導体パッケージ
１０２冷却フィン
１０３コンデンサ
１３１，１３２直流ブスバー
１３３ユニット間Ｐ側直流ブスバー
１３４ユニット間Ｎ側直流ブスバー
１４１ＵＵ相交流ブスバー
１４１ＶＶ相交流ブスバー
１４１ＷＷ相交流ブスバー
１４２Ｕユニット間Ｕ相交流ブスバー
１４２Ｖユニット間Ｖ相交流ブスバー
１４２Ｗユニット間Ｗ相交流ブスバー
１４３ａ延長バー
１４４ｂ中央に配置されたコンバータユニットの延長バー
１４４Ｕ，１４４Ｖ，１４４Ｗ交流ブスバー
１５０誘導モータ
１５１Ｕ，１５１Ｖ，１５１Ｗ交流出力端子
１５３ＵＵ相交流取り出し端子
１５３ＶＶ相交流取り出し端子
１５３ＷＷ相交流取り出し端子
１６１，１６２出力端子
１６３Ｐ側直流取り出し端子
１６４Ｎ側直流取り出し端子
１９１Ｎ側端子
１９２Ｐ側端子
１９３交流端子
２００複合コンバータユニット
３００コンバータユニット
４００交流取り出し端子
６００直流電圧源

Claims

直流出力端子を有する三相電力変換装置において、
前記直流出力端子はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、
前記Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
前記Ｐ側直流ブスバーと該Ｎ側直流ブスバーは、半導体素子に接続されており、前記半導体素子は、３組に分かれており、
前記３組の各々において、前記半導体素子を接続する交流端子は、対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、前記各交流端子間を接続するブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、前記各交流取り出し端子同士が対称な形状のブスバーで接続されており、
前記各交流取り出し端子同士を接続するブスバーの対称位置に、前記３組の各々に対応させて、第１の相、第２の相及び第３の相の交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置。
直流出力端子と交流出力端子を備えた三相電力変換装置において、
二つの複合コンバータユニットと、各々の前記複合コンバータユニットは二つのコンバータユニットから構成され、各々の前記コンバータユニットは半導素子を有しており、
前記半導体素子は、Ｐ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、前記Ｐ側直流ブスバーと前記Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
前記各コンバータユニットにおいて、前記半導体素子は３組に分かれており、前記３組の各々において、前記半導体素子を接続する交流端子は、同士は大略対称な形状のブスバーで接続され、前記交流端子間を接続する前記ブスバーの対称位置に前記交流取り出し端子が設けられ、
前記二つのコンバータユニットの前記交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、二つの前記コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士を接続する前記ブスバーの対称位置に前記複合コンバータの交流取り出し端子を設け、前記二つの複合コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士が大略対称な形状のブスバーで接続されており、
二つの前記複合コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士を接続する前記ブスバーの対称位置に前記３組に対応した前記交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置。
直流出力端子と交流出力端子を備えた三相半導体電力変換装置において、
三つのコンバータユニットと、各々の前記コンバータユニットは半導体素子を有しており、
前記半導体素子はＰ側直流ブスバーとＮ側直流ブスバーに接続され、前記Ｐ側直流ブスバーと前記Ｎ側直流ブスバーは薄い絶縁層を介して対向させることにより低インダクタンス化され、
三つの前記コンバータユニットにおいて、前記半導体素子を接続する交流端子は、対称の形状の交流ブスバーで互いに接続されており、前記交流端子間を接続する前記ブスバーの対称位置に交流取り出し端子が設けられ、
三つの前記コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士がユニット間ブスバーで接続されており、
三つの前記コンバータユニットのうち中央に配置された前記コンバータユニットの各前記半導体ユニットから前記ユニット間ブスバーを接続する交流ブスバーの両側からスリットを入れることにより、前記三つの各々の前記コンバータユニットの各半導体ユニットの各交流端子から前記ユニット間のインダクタンスが大略同じであり、
前記コンバータユニットの前記交流取り出し端子同士を接続する前記ブスバーの対称位置に、前記交流出力端子を設けたことを特徴とする三相電力変換装置。