JP6330642B2 - Power converter - Google Patents
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Description
この発明は、複数の単位電力変換セルを直列接続して構成した高電圧での使用に適した電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device suitable for use at a high voltage formed by connecting a plurality of unit power conversion cells in series.
高電圧、例えば、3kV以上の電圧で駆動される交流電動機を、高電圧のインバータで構成された電力変換装置で直接駆動することは既に行われている。このような高電圧電力変換装置としては、特許文献1に示されるように複数の単位電力変換セルの出力を直列に接続して構成することが行われている。
Directly driving an AC motor driven by a high voltage, for example, a voltage of 3 kV or higher, with a power conversion device constituted by a high voltage inverter has already been performed. As such a high-voltage power conversion device, as shown in
このような従来の電力変換装置は、図8の(a)に示すように、交流電力を直流電力に変換する電力変換器(コンバータ)54、直流電力を交流電力に変換する電力変換器(インバータ)55およびコンデンサ56で構成した単位電力変換セル57を複数(57a〜57c)備える。この単位電力変換セル57の入力端子R,S,Tを、それぞれ絶縁変圧器52を介して交流電源51に接続する。また、出力端子AC1、AC2をそれぞれ直列に接続し、その直列接続端子間に負荷59を接続する。さらに、各単位電力変換セルの交流力出端子AC1、AC2間に、通常は開路状態にある開閉器で構成されたバイパス回路58(a〜c)を備える。
As shown in FIG. 8A, such a conventional power converter includes a power converter (converter) 54 that converts AC power into DC power, and a power converter (inverter) that converts DC power into AC power. ) 55 and a plurality of unit power conversion cells 57 (57a to 57c) each including a
前記の各単位電力変換セル57は、図8(b)に示すように、整流回路54、インバータ回路55および平滑用コンデンサ56で構成されている。整流回路54は半導体整流素子をブリッジ接続して構成した回路である。インバータ回路55は半導体スイッチ素子をブリッジ接続して構成した回路である。平滑用コンデンサ56は、整流回路54とインバータ回路55との間に接続されている。
Each unit
このように構成された電力変換装置において、いずれかの単位電力変換セルが故障した場合、故障した単位電力変換セル57の出力端子間を、バイパス回路58の開閉器を閉路することにより短絡する。故障した単位電力変換セル57をバイパスすれば容量が低減されるが、電力変換装置は運転を継続することができる。
In the power conversion device configured as described above, when any unit power conversion cell fails, the output terminals of the failed unit
また、バイパス回路は、単位電力変換セルのそれぞれに収納することができる。あるいは、図9に示すように変圧器52を収納する変圧器盤61と複数の単位電力変換セル57a〜57cを収納する電力変換盤62とは別に、バイパス回路盤63を設け、ここにバイパス回路58a〜58bを収納する場合もある。
The bypass circuit can be accommodated in each unit power conversion cell. Alternatively, as shown in FIG. 9, a
装置の故障に対する備えは、装置に接続される負荷の用途により決定される。一般に、装置を停止している間の損失と、予備品コストとのバランスを考慮して決められる。また、単位電力変換セルは、コンバータ回路、インバータ回路、平滑コンデンサなど多くの電気部品を実装しているので、予備部品も高価となる。このため、運転中断がほとんど許されないような装置の場合を除き、停止時間は短く、予備品コストは低くすることが求められている。しかし、前記従来の装置は、以下のような問題がある。 Provision for a device failure is determined by the application of the load connected to the device. Generally, it is determined in consideration of the balance between the loss while the apparatus is stopped and the spare part cost. Moreover, since many electric components, such as a converter circuit, an inverter circuit, and a smoothing capacitor, are mounted in the unit power conversion cell, spare parts are also expensive. For this reason, except for the case where the operation is hardly allowed to be interrupted, the downtime is short and the spare parts cost is required to be low. However, the conventional apparatus has the following problems.
まず、それぞれの単位電力変換セルにバイパス回路を収納する場合は、単位電力変換セルの価格が上昇する。 First, when a bypass circuit is accommodated in each unit power conversion cell, the price of the unit power conversion cell increases.
また、バイパス回路を独立した盤に収納する場合は、装置の価格が上昇するだけでなく、装置全体が大形になる。 Further, when the bypass circuit is housed in an independent board, not only the price of the apparatus increases, but also the entire apparatus becomes large.
従って、この発明は、以上の問題を解決するために、装置の価格を抑え、装置全体を小形に構成することのできる高電圧使用に適した電力変換装置を提供することを課題とする。 Therefore, in order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a power conversion device suitable for high voltage use that can reduce the price of the device and can be configured in a small size as a whole.
このような課題を解決するため、この発明は、電力変換回路を構成する構成機器を1つの箱体に収納して構成され、相互に直列接続して使用することが可能な単位電力変換セルにおいて、前記箱体内の背面側に前記構成機器の収納されない所要の空所を設けるとともに、前記箱体の背面板に、前記空所に連通する開閉可能な開口を設ける。さらに、前記箱体の開口から箱体内に出し入れ可能な構成としたユニットフレームに、電路の開閉を行う開閉器およびその制御回路を一体的に取付けてユニット化したバイパス回路ユニットを設ける。そして、バイパス回路を必要とする前記単位電力変換セルの箱体の背面板の開口から前記バイパス回路ユニットを挿入し、前記空所において、前記単位電力変換セルの出力端子に並列に前記開閉器を接続するとともに、前記フレームユニットを前記箱体の背面板に取付け固定し、前記開口を閉塞することを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention provides a unit power conversion cell that is configured by housing component devices constituting a power conversion circuit in one box and can be used in series with each other. In addition, a required space where the components are not housed is provided on the back side of the box, and an openable / closable opening communicating with the space is provided on the back plate of the box. Furthermore, a bypass circuit unit that is integrally formed with a switch that opens and closes an electric circuit and its control circuit is provided in a unit frame that can be inserted into and removed from the opening of the box. And the bypass circuit unit is inserted from the opening of the back plate of the box body of the unit power conversion cell that requires a bypass circuit, and the switch is connected in parallel with the output terminal of the unit power conversion cell in the space. In addition to being connected, the frame unit is attached and fixed to the back plate of the box, and the opening is closed.
この発明においては、前記バイパス回路ユニットのユニットフレームに、その外周縁に前記単位電力変換セルの箱体の一部と接触して挿入時の案内体となるフランジ部を設けることができる。 In this invention, the flange part used as the guide body at the time of insertion can be provided in the unit frame of the said bypass circuit unit at the outer periphery that contacts a part of the box of the said unit power conversion cell.
また、前記単位電力変換セルの箱体の内部に冷却空気の貫流が可能な区画と不能な区画を設け、前記冷却空気の貫流の不能な区画に前記構成機器の収納されない空所を設けるのがよい。 In addition, the unit power conversion cell has a box in which a cooling air can flow and a box in which the cooling air cannot flow, and a space in which the component device is not stored is provided in the box where the cooling air cannot flow. Good.
さらに、前記単位電力変換セルの出力端子と前記バイパス回路ユニットの開閉器との接続部を、一方の端子の受け部へ他方の端子を挿入して接続を行う挿入接触構造とすることができる。 Furthermore, the connection part between the output terminal of the unit power conversion cell and the switch of the bypass circuit unit can be an insertion contact structure in which the other terminal is inserted into the receiving part of one terminal for connection.
この発明によれば、単位電力変換セルは、標準的には、内部に何も収納されない空所を設けるだけで、バイパス回路ユニットを備えないので、その分、安価に製造することができる。また、バイパス回路を必要とする、単位電力変換セルは、前記の空所にバイパス回路ユニットを収納することにより内蔵することができるので、別置きのバイパス回路盤を必要としないので、装置全体を小形に構成することができる。 According to the present invention, the unit power conversion cell can be manufactured at a low cost by providing the empty space in which nothing is accommodated inside and not including the bypass circuit unit. In addition, since the unit power conversion cell that requires a bypass circuit can be built in by storing the bypass circuit unit in the above-described space, a separate bypass circuit board is not required, so the entire apparatus can be Can be configured small.
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings.
図1〜図4にこの発明の単位電力変換セルの実施例を示す。図1、図2は、バイパス回路を備えない標準の単位電力変換セルを示す。図3、図4は、バイパス回路を備える単位電力変換セルを示す。 1 to 4 show an embodiment of a unit power conversion cell according to the present invention. 1 and 2 show a standard unit power conversion cell without a bypass circuit. 3 and 4 show a unit power conversion cell including a bypass circuit.
標準の単位電力変換セル1は、本体を構成する箱体10を備える。この箱体の背面板11には蓋板11aにより開閉可能にされた開口11bが設けられている(図1(a))。この蓋板11aは固定ねじを外して取り外すことにより、図1(b)に示すように開口11bを開放することができる。
The standard unit
この実施例では、図2に示すように、箱体10は、内部を仕切り壁12、13により仕切って、3段に区画される。上段の区画室14と下段の区画室15は、それぞれ前面と背面に冷却空気の吸排気のための排気口14a、15a(前面側の吸気口は図示されていない)が設けられている。したがって、区画室14と下段の区画室15の冷却空気は、前面の吸気口から吸引され背面の排気口から排出されるように貫流する。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
中段の区画室16は、背面板11に設けた開口11bと連通するが、蓋板11aで閉塞される。したがって、外部からの冷却空気は、区画室16の内部を貫流することができない。この冷却空気が貫流不能となった中段の区画室16の背面側に何も収容されない所要の大きさの空所16sが形成される。
The
標準となる単位電力変換セル1は、空所16sが、何も収められないで空けられている。
In the standard unit
上段の区画室14には、冷却フィン付の冷却体22が収められている。冷却体22は、中段の区画室16に収められた半導体整流素子や半導体スイッチ素子をモジュール化して構成する半導体モジュール素子21に結合されている。また、下段の区画室15には、電力変換装置の直流中間回路の直流電圧を平滑するコンデンサ23が収納される。このコンデンサの接続端子23aは,絶縁材で構成された仕切り壁13を貫通して、隣接した区画室16内に突出する。半導体モジュール素子21の接続端子、コンデンサ23の接続端子23aや箱体10の前面に設けられた入力端子25および出力端子26の相互間の接続は、すべて、バー状の接続導体27により冷却空気の貫流が不能となった区画室16内において行われる。
A
前面の出力端子26に接続された導体から分岐した導体が区画室16の空所16s内まで延長され、分岐出力端子28を形成する。
A conductor branched from the conductor connected to the
このように構成された標準の単位電力変換セルは、所要数を共通の盤に収めて電力変換装置を構成する。このような電力変換装置を運転するときは、外部に設けた冷却ファンにより盤内に冷却空気を強制貫流させて各単位電力変換セルを冷却する。この冷却空気は、単位電力変換セルにおいては、冷却空気の貫流可能な構成の上段の区画室14と下段の区画室15を貫流し、それぞれに収納された構成機器を冷却する。しかし、接続導体の収容された中段の区画室16は冷却空気の貫流が不能に構成されているため、冷却空気は貫流しない。このように、区画室16内には、冷却空気が貫流しないので、冷却空気に含まれる外気中の微細粉塵の付着、堆積がほとんど生じない。したがって、接続導体が裸導体であっても絶縁障害の発生が抑制される。
The standard unit power conversion cells configured as described above constitute a power conversion device by placing the required number in a common panel. When operating such a power converter, each unit power conversion cell is cooled by forcibly flowing cooling air into the panel by a cooling fan provided outside. In the unit power conversion cell, this cooling air flows through the
次に、電力変換装置の運転の信頼性を高めるために、標準の単位電力変換セルにバイパス回路を設けた電力変換装置の実施例を図3〜図7に示す。 Next, in order to improve the operation reliability of the power conversion device, an embodiment of the power conversion device in which a bypass circuit is provided in a standard unit power conversion cell is shown in FIGS.
この実施例においては、単位電力変換セル1としては、図1および図2に示した標準の単位電力変換セル1を用い、その他に、バイパス回路ユニット30を用意する。
In this embodiment, as the unit
このバイパス回路ユニット30は、ユニットフレーム31上に電路の開閉を行う電磁開閉器等で構成された開閉器32とこの開閉器32の開閉を制御する制御回路を構成する変圧器34、および開閉器32から引き出した引出端子33を一体的に取付けユニット化したものである。
The
このバイパス回路ユニット30を取付けるために、単位電力変換セル1から背面板11の蓋板11aが取り外され、背面板11の開口11bが開放されている。開放された開口11bから箱体10内にバイパス回路ユニット30を挿入し、単位電力変換セルの箱体10内に予め設けられている空所16s内に収納する。その上で、バイパス回路ユニットのユニットフレーム31を箱体11の背面板11にねじ止めして固定することにより、背面板11の開口11bを閉塞する。
In order to attach this
これにより、図4に示すように、単位電力変換セル1の箱体10内の中段の区画室16の背面側が閉塞される。この区画室16には外部から供給される冷却空気は貫流することができないので、区画室16の冷却空気の貫流が不能な構成は維持される。
Thereby, as shown in FIG. 4, the back side of the
空所16sに収納されたバイパス回路ユニット30の開閉器32の引出端子33を、単位電力変換セルの出力端子26から分岐して区画室16内の空所16sに設けられた分岐出力端子28に接続する。このバイパス回路ユニット30の開閉器32を閉路すれば、単位電力変換セル1の出力端子26間を短絡し、このセル1をバイパスすることが可能となる。
The lead-out
バイパス回路ユニット30の単位電力変換セル1への組み込み作業の工程を図5(a)〜(d)に示すので、これを参照して作業工程をもう少し詳しく説明する。
The process of assembling the
図5(a)は、単位電力変換セル1の箱体10の背面板11の蓋板11aを取り外して単位電力変換セル1へバイパス回路ユニット30を組み込むために、背面板11の開口11bを開放した状態である。
FIG. 5 (a) shows that the
ここで、図5(b)に示すように、用意されたバイパス回路ユニット30を矢印方向へ移動して、開放された箱体10の背面板11の開口11bから箱体10の空所16sに挿入する。そして、バイパス回路ユニット30の引出端子33を、空所16s内に引き出した分岐出力端子28に接触させる。
Here, as shown in FIG. 5 (b), the prepared
この挿入作業を円滑にするため、図6に示すように、バイパス回路ユニット30のユニットフレーム31の上端には、断面がコ字型に形成されて固定フランジ31aを設けている。挿入時、この固定フランジ31aに指をかけて、その上面を箱体10の上段区画室14を形成する仕切り板12の下面に当てて、固定フランジ31aが背面板11に当たるまで押し込む。このようにすると、バイパス回路ユニット30の上端の位置が固定されるため、挿入作業が安定し、円滑に行われる。
In order to make this insertion work smooth, as shown in FIG. 6, the upper end of the
この後、図5(c)に示すように単位電力変換セル1の箱体10の両側の側面板29、29を取り外して、バイパス回路ユニット30の引出端子33と空所16s内の分岐出力端子28との接触状態が見えるようにする。子状態で、バイパス回路ユニット30の両端子をねじ33aで締め付け結合する。併せて、バイパス回路ユニット30のユニットフレーム31を箱体1の背面板11にねじ止めして固定する。
After that, as shown in FIG. 5C, the
これにより、図5(d)に示すように、単位電力変換セル1へのバイパス回路ユニット30の組み込みが完了する。この後、箱体10の側面を側面板29で閉じることによりバイパス回路を内蔵した単位電力変換セル1が完成する。
Thereby, as shown in FIG.5 (d), the assembly of the
前記においては、単位電力変換セルの出力端子26から分岐して設けた分岐出力端子28とバイパス回路ユニット30の引出端子33との接続をねじ結合により行っている。この接続作業を簡単にするため、図7に示すように、分岐出力端子28に、挿入形端子28aを形成し、これに、平板形のバイパス回路ユニット30の引出端子33を挿入するようにした、挿入形端子構造を採用することができる。
In the above, the
1:単位電力変換セル
10:箱体
11:背面板
11a:蓋板
11b:開口
16s:空所
21:半導体モジュール素子
23:コンデンサ
25:入力端子
26:出力端子
28:分岐出力端子
30:バイパス回路ユニット
31:ユニットフレーム
32:開閉器
33:引出端子
34:変圧器
1: Unit power conversion cell 10: Box 11: Back
Claims (4)
The connection portion between the output terminal of each unit power conversion cell and the switch of the bypass circuit unit has an insertion contact structure in which the other terminal is inserted into the receiving portion of one terminal and connected. The power converter device of any one of Claim 1 thru | or 3.
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