JPH01147877A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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- JPH01147877A JPH01147877A JP62305951A JP30595187A JPH01147877A JP H01147877 A JPH01147877 A JP H01147877A JP 62305951 A JP62305951 A JP 62305951A JP 30595187 A JP30595187 A JP 30595187A JP H01147877 A JPH01147877 A JP H01147877A
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Landscapes
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は電力変換装置に関し、特に電解、溶解などの
大電流を要する設備、あるいは大型のｍｅｎ、直流送電
５Ａ置などに用いるための電力変換装置に関する。
大電流を要する設備、あるいは大型のｍｅｎ、直流送電
５Ａ置などに用いるための電力変換装置に関する。
（従来の技術）
電解、溶解などの大電流を要する装置、大型の電動機、
あるいは直流送電等に用いる大電流用の電力変換装置と
して従来は、サイリスタ、ＧＴＯなどのパワー半導体素
子を銅あるいはアルミニウム等の導電率の高い超電導導
体によって接続し、整流回路を構成するようにしている
。
あるいは直流送電等に用いる大電流用の電力変換装置と
して従来は、サイリスタ、ＧＴＯなどのパワー半導体素
子を銅あるいはアルミニウム等の導電率の高い超電導導
体によって接続し、整流回路を構成するようにしている
。
（発明が解決しようとする問題点）
このような従来の電力変換装置では、装置を流れる電流
が数千〜数万アンペア以上と大ぎくなると、パワー半導
体素子自体の大きさや数量が増大するだけでなく、主回
路導体の寸法も非常に大きなものとする必要がある。ま
た、回路短絡時の短Ｉｆｆｆ流による電磁力も非常に大
きなものとなるため、機械構造としても極めて堅牢なも
のとする必要がある。
が数千〜数万アンペア以上と大ぎくなると、パワー半導
体素子自体の大きさや数量が増大するだけでなく、主回
路導体の寸法も非常に大きなものとする必要がある。ま
た、回路短絡時の短Ｉｆｆｆ流による電磁力も非常に大
きなものとなるため、機械構造としても極めて堅牢なも
のとする必要がある。
また、電力変換装置から負荷まで送電するための導体も
大電流の場合には大きなものとなり、大量の導体材料を
必要とする。そして、これを少なくすると同時に負荷ま
での導体による抵抗損失による電力損失を抑えるために
は、極力、変換装置を負荷の近くに設置する必要がある
が、電力変換装置が大きなために負荷の近くに設置する
ことは困難である問題点があった。
大電流の場合には大きなものとなり、大量の導体材料を
必要とする。そして、これを少なくすると同時に負荷ま
での導体による抵抗損失による電力損失を抑えるために
は、極力、変換装置を負荷の近くに設置する必要がある
が、電力変換装置が大きなために負荷の近くに設置する
ことは困難である問題点があった。
さらに、従来の電力変換装置では、パワー半導体素子や
主回路導体の冷却方式として風冷方式や水冷方式が用い
られているが、主回路導体の通電電流容量は常電導導体
では、風冷方式の場合で数アンペア／ ｎｕｗ２以下、
水冷あるいは液冷方式の場合でもせいぜい１０アンペア
／ ｍｍ２程度しかとれず、大電流を流すためには素子
全体が極めて大きなものとなる問題点があった。
主回路導体の冷却方式として風冷方式や水冷方式が用い
られているが、主回路導体の通電電流容量は常電導導体
では、風冷方式の場合で数アンペア／ ｎｕｗ２以下、
水冷あるいは液冷方式の場合でもせいぜい１０アンペア
／ ｍｍ２程度しかとれず、大電流を流すためには素子
全体が極めて大きなものとなる問題点があった。
加えて、電力変換装置では負荷側の異常発生の場合に異
常な大電流が流れ、破壊が発生するのを防止するために
は高価な負荷電流遮断装置を必要とするが、大電流負荷
の場合には、それに見合う大容量の遮断装置が見られず
、いくつかの小さなバンクに分けて電流遮断を行うよう
にしており、この点でコストが高くつく問題点があった
。
常な大電流が流れ、破壊が発生するのを防止するために
は高価な負荷電流遮断装置を必要とするが、大電流負荷
の場合には、それに見合う大容量の遮断装置が見られず
、いくつかの小さなバンクに分けて電流遮断を行うよう
にしており、この点でコストが高くつく問題点があった
。
この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたものであって、装置の小型化、−低コスト化の
図れる電力変換装置を提供することを目的とする。
なされたものであって、装置の小型化、−低コスト化の
図れる電力変換装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
この発明の電力変換装置は、極低温液体の収容された極
低温容器内に、パワー半導体素子とセラミック系超電導
材の主回路導体とを収納したものである。
低温容器内に、パワー半導体素子とセラミック系超電導
材の主回路導体とを収納したものである。
（作用）
この発明の電力変換装置では、極低温容器内に極低温液
体を収容し、この極低温液体によりパワー半導体素子と
超電導材の主回路導体とを極低温状態においておくため
、大電流を比較的小さな主回路導体によって通電するこ
とができる。また、パワー半導体素子も極低温環境では
、常温状態に比べて数倍の通電能力を有するため、大電
流の通電が可能となり、比較的小型にして大電流を流す
ことができる。
体を収容し、この極低温液体によりパワー半導体素子と
超電導材の主回路導体とを極低温状態においておくため
、大電流を比較的小さな主回路導体によって通電するこ
とができる。また、パワー半導体素子も極低温環境では
、常温状態に比べて数倍の通電能力を有するため、大電
流の通電が可能となり、比較的小型にして大電流を流す
ことができる。
（実施例）
以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。
図面はこの発明の一実施例であり、電力変換部１、この
電力変換部１からの出力電力を負荷へ供給する送電路２
、負荷側の異常電流を検出して電流遮断する異常電流遮
断部３から構成されている。
電力変換部１からの出力電力を負荷へ供給する送電路２
、負荷側の異常電流を検出して電流遮断する異常電流遮
断部３から構成されている。
４は負荷１５は外部電力線である。
上記電力変換部１では、セラミックス系超電導材によっ
て構成されている主回路導体１１と、パワー半導体素子
１２とが極低温容器１３内に収容され、この極低温容器
１３内に満たされた極低温液体１４に漬けられている。
て構成されている主回路導体１１と、パワー半導体素子
１２とが極低温容器１３内に収容され、この極低温容器
１３内に満たされた極低温液体１４に漬けられている。
送電路２は、超電導導体２１により電力損失なしに送電
するためのものであり、極低温保持管２２内に超電導導
体２１を収納し、電力変換部１の極低温容器１３と連通
させることにより極低温液体１４がこの極低温保持管２
２内にも満たされるようにしている。
するためのものであり、極低温保持管２２内に超電導導
体２１を収納し、電力変換部１の極低温容器１３と連通
させることにより極低温液体１４がこの極低温保持管２
２内にも満たされるようにしている。
異常電流遮断部３は、負荷４に過電流が流れる時にその
異常な大電流を遮断するためのものであり、通常流れる
電流の数倍の大きさの臨界電流特性を持つセラミックス
系超電導材で形成された超電導遮断器３１を極低温容器
３２内に収納することにより構成されている。この極低
温容器３２は、前記極低温保持管２２と連通しており、
電力変換部１の極低温容器１３内に満たされた極低温液
体１４が流通するようになっており、この極低温液体１
４により超電導遮断器３１が極低温環境におかれるよう
になっている。
異常な大電流を遮断するためのものであり、通常流れる
電流の数倍の大きさの臨界電流特性を持つセラミックス
系超電導材で形成された超電導遮断器３１を極低温容器
３２内に収納することにより構成されている。この極低
温容器３２は、前記極低温保持管２２と連通しており、
電力変換部１の極低温容器１３内に満たされた極低温液
体１４が流通するようになっており、この極低温液体１
４により超電導遮断器３１が極低温環境におかれるよう
になっている。
この異常電流遮断部３には、前記超電導遮断器３１に近
接して臨界温度以上の温度を与え、あるいは臨界磁界以
上の磁界を与え、クエンチを起こさせるためのクエンチ
誘起装置３３が設けられている。クエンチ誘起装置３３
は、負荷４に設けられた異常電流検出器４人からのトリ
ップ信号３４により動作し、臨界温度以上の温度あるい
は臨界磁界以上の磁界を超電導遮断器３１に与えるよう
になっている。
接して臨界温度以上の温度を与え、あるいは臨界磁界以
上の磁界を与え、クエンチを起こさせるためのクエンチ
誘起装置３３が設けられている。クエンチ誘起装置３３
は、負荷４に設けられた異常電流検出器４人からのトリ
ップ信号３４により動作し、臨界温度以上の温度あるい
は臨界磁界以上の磁界を超電導遮断器３１に与えるよう
になっている。
上記構成の電力変換装置の動作について、次に説明する
。
。
極低温容器１３内に収容される極低温液体１４は、超電
導材がセラミックス系のものであるとき、液体窒素のよ
うな比較的高温のものを用いることができ、互いに連通
ずる極低温容器１３、極低温保持管２２、極低温容器３
２にこの極低温液体１４を流通させることにより主回路
導体１１、パワー半導体素子１２、超電導導体２１、超
電導遮断器３１のすべてを極低温環境の下におき、超電
導状態に維持する。
導材がセラミックス系のものであるとき、液体窒素のよ
うな比較的高温のものを用いることができ、互いに連通
ずる極低温容器１３、極低温保持管２２、極低温容器３
２にこの極低温液体１４を流通させることにより主回路
導体１１、パワー半導体素子１２、超電導導体２１、超
電導遮断器３１のすべてを極低温環境の下におき、超電
導状態に維持する。
この状態で外部から大電流を供給するとき、各超電導導
体１１．２１．３１はすべて電力損失がなくなり、極め
て高い電流密度で大電流を流し、負荷４に供給すること
ができる。
体１１．２１．３１はすべて電力損失がなくなり、極め
て高い電流密度で大電流を流し、負荷４に供給すること
ができる。
同時に、パワー半導体素子１２も極低温環境の下では常
温状態に対し数倍の電流容口を示し、従って小型にして
大電流容量の電力変換装置とすることができるのである
。
温状態に対し数倍の電流容口を示し、従って小型にして
大電流容量の電力変換装置とすることができるのである
。
今、負荷４に異常大電流が流れるような場合、異常電流
遮断部３の超電導遮断器３１に通常電流の数倍、例えば
２〜３倍の大電流が流れるときにこの超電導遮断器３１
がクエンチを起こし、電流−を自己遮断することができ
る。
遮断部３の超電導遮断器３１に通常電流の数倍、例えば
２〜３倍の大電流が流れるときにこの超電導遮断器３１
がクエンチを起こし、電流−を自己遮断することができ
る。
また負荷４に備えられた異常電流検出器４１が異常電流
の検出を行った場合にも、トリップ信号３４をクエンチ
誘起装置３３に与え、このクエンチ誘起装置３３が超電
導遮断器３１に対し臨界温度以上の温度、あるいは臨界
磁界以上の磁界を与え、強制的にクエンチを起こさせ、
電流遮断を行うこともできる。
の検出を行った場合にも、トリップ信号３４をクエンチ
誘起装置３３に与え、このクエンチ誘起装置３３が超電
導遮断器３１に対し臨界温度以上の温度、あるいは臨界
磁界以上の磁界を与え、強制的にクエンチを起こさせ、
電流遮断を行うこともできる。
このようにして、この実施例の電力変換装置では、超電
導現象を利用しているために主回路導体１１、超電導導
体２１の部分に、常電導導体の場合に比べて１０〜数１
０分の１の断面積の導体を用いることができ、装置の寸
法を従来のものに比べ極めて小型のものとすることがで
きる。さらに、電力変換部１に用いるパワー半導体素子
１２も極低温環境におかれるため、その通電容量が常温
時に比べて数倍に上り、大電流を流すために必要な素子
の数を少なくすることができ、主回路構成を単純化し、
コストの削減を図ることも可能となるのである。
導現象を利用しているために主回路導体１１、超電導導
体２１の部分に、常電導導体の場合に比べて１０〜数１
０分の１の断面積の導体を用いることができ、装置の寸
法を従来のものに比べ極めて小型のものとすることがで
きる。さらに、電力変換部１に用いるパワー半導体素子
１２も極低温環境におかれるため、その通電容量が常温
時に比べて数倍に上り、大電流を流すために必要な素子
の数を少なくすることができ、主回路構成を単純化し、
コストの削減を図ることも可能となるのである。
しかも、異常電流遮断部３における超電導遮断器３１が
通常の電流の２，３倍程度流れたときにクエンチを起こ
すように設定しているため、異常電流発生の場合にもこ
の半導体素子１２を充分に保護することができる。
通常の電流の２，３倍程度流れたときにクエンチを起こ
すように設定しているため、異常電流発生の場合にもこ
の半導体素子１２を充分に保護することができる。
さらに、この実施例の場合、送電路２にも超電導導体２
１を用いることにより電力変換部１と負荷４とを接続し
ているため、送電路２の部分の導体２１に大きな電流密
度を取ることができ、その分導体の断面積を数１０分の
１と小さくとることができ、負荷４と電力変換部１との
距離を従来の様に極力小さなものとする必要がなく、レ
イアウトが自由に行えるものとなる。
１を用いることにより電力変換部１と負荷４とを接続し
ているため、送電路２の部分の導体２１に大きな電流密
度を取ることができ、その分導体の断面積を数１０分の
１と小さくとることができ、負荷４と電力変換部１との
距離を従来の様に極力小さなものとする必要がなく、レ
イアウトが自由に行えるものとなる。
［発明の効果］
以上のようにこの発明によれば、極低温液体の収容され
た極低温容器内にパワー半導体素゛子と超電導材の主回
路導体とを収納しているため、比較的小さな断面積の導
体によって大電流を通じることができ、従来の超電導導
体を用いる場合に比べて装置の格段の小型化が図れる。
た極低温容器内にパワー半導体素゛子と超電導材の主回
路導体とを収納しているため、比較的小さな断面積の導
体によって大電流を通じることができ、従来の超電導導
体を用いる場合に比べて装置の格段の小型化が図れる。
同時に、パワー半導体素子も極低温環境に置くことがで
きるため、常温での通電容Ｒよりも数倍大きな通電容量
を示すようになり、それだけ大電流を通じる場合も素子
の数を削減することができ、コストの低減化が図れる。
きるため、常温での通電容Ｒよりも数倍大きな通電容量
を示すようになり、それだけ大電流を通じる場合も素子
の数を削減することができ、コストの低減化が図れる。
図面はこの発明の一実施例の断面図を示している。
１・・・電力変換部 ２・・・送電路３・・・異
常電流遮断部 ４・・・負荷１１・・・主回路導体
１２・・・パワー半導体素子１３・・・極低温容器
１４・・・極低温液体２１・・・超電導導体 ２２
・・・極低温保持管３１・・・超電導遮断器 ３２・・
・極低温容器３３・・・クエンチ誘起装置 ３４・・・
トリップ信号４１・・・異常電流検出器
常電流遮断部 ４・・・負荷１１・・・主回路導体
１２・・・パワー半導体素子１３・・・極低温容器
１４・・・極低温液体２１・・・超電導導体 ２２
・・・極低温保持管３１・・・超電導遮断器 ３２・・
・極低温容器３３・・・クエンチ誘起装置 ３４・・・
トリップ信号４１・・・異常電流検出器
Claims (3)
- （１）極低温液体の収容された極低温容器内に、パワー
半導体素子とセラミック系超電導材の主回路導体とを収
納して成る電力変換装置。 - （２）前記超電導材の主回路導体の一部に、そこを流れ
る通常の電流密度の数倍の電流密度の電流が流れたとき
にクエンチを起こす異常電流遮断部を設けて成る特許請
求の範囲第１項に記載の電力変換装置。 - （３）前記異常電流遮断部に、臨界磁界又は臨界温度を
付与することによりクエンチを誘起するクエンチ誘起手
段を設けて成る特許請求の範囲第２項に記載の電力変換
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62305951A JPH01147877A (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62305951A JPH01147877A (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01147877A true JPH01147877A (ja) | 1989-06-09 |
Family
ID=17951258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62305951A Pending JPH01147877A (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01147877A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4958200A (en) * | 1987-07-21 | 1990-09-18 | Sumotomo Electric Industries, Ltd. | Overcurrent protection circuit for semiconductor device |
| WO2012160909A1 (ja) * | 2011-05-20 | 2012-11-29 | シャープ株式会社 | 直流昇圧装置及びこれを用いた太陽光発電システム |
-
1987
- 1987-12-04 JP JP62305951A patent/JPH01147877A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4958200A (en) * | 1987-07-21 | 1990-09-18 | Sumotomo Electric Industries, Ltd. | Overcurrent protection circuit for semiconductor device |
| WO2012160909A1 (ja) * | 2011-05-20 | 2012-11-29 | シャープ株式会社 | 直流昇圧装置及びこれを用いた太陽光発電システム |
| JP2012244811A (ja) * | 2011-05-20 | 2012-12-10 | Sharp Corp | 直流昇圧装置及びこれを用いた太陽光発電システム |
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