JPH02237474A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH02237474A
JPH02237474A JP1053857A JP5385789A JPH02237474A JP H02237474 A JPH02237474 A JP H02237474A JP 1053857 A JP1053857 A JP 1053857A JP 5385789 A JP5385789 A JP 5385789A JP H02237474 A JPH02237474 A JP H02237474A
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JP
Japan
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filter capacitor
bridge circuit
transistor
voltage
transistor module
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Pending
Application number
JP1053857A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Kurosawa
黒沢 俊明
Takeyoshi Ando
武喜 安藤
Akihiro Nokita
昭浩 軒田
Kiyoshi Nakamura
清 中村
Hiromi Inaba
博美 稲葉
Sadao Hokari
定夫 保苅
Yoshio Sakai
吉男 坂井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Elevator Engineering and Service Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Elevator Engineering and Service Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流を直流に又は直流を交流に変換する電力変
換装置に係り、特に半導体素子を有効に使用するための
電力変換装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の装置は特開昭60−194761号公報で記載の
ように電力変換器のブリッジ回路アームに電流自己消弧
機能を有する半導体素子が用いられている。
前記半導体素子が電流を遮断するときに発生する過電圧
を抑制するために半導体素子と並列にスナバ回路を、又
電源側のインダクタンスの蓄積エネルギを吸収するため
、変換装置の交流側にフィルタコンデンサを設置してい
る. この様な構成とすれば過電圧が抑制できるので半導体素
子を採用した電力変換器が得られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術においては過電圧の発生機構が必らずしも
明らかでなく,大容量になると使用部品の耐圧不足が問
題となった。
すなわち、大容量化に当ってはトランジスタを並列接続
し、電流を大きくした構成とする方法が一般的に用いら
れているが、回路インダクタンスによる蓄積エネルギー
が増大し、電流チョツピング時に発生する電圧が著しく
高くなる。一方、半導体素子、例えばトランジスタの耐
圧には製法上に限界があり、その値は千数百ボルトであ
り,耐圧が低いので、大容量化ができなかった。
本発明の目的は耐圧の低いトランジスタを用いることが
可能で高信頼度で経済性に優れた電力変換装置を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、ブリッジ回路の交流端子と
フィルタコンデンサの端子とが最短距離で接続できるよ
うに前記ブリッジ回路を相毎に分割したトランジスタユ
ニットをフィルタコンデンサの周囲に配置したものであ
る。
上記目的を達成するためにフィルタコンデンサをブリッ
ジ回路と密着配置したものである。
上記目的を達成するためにブリッジ回路の相間わたり線
,フィルタコンデンサの接続配線を少なくとも一方を複
数本にしたものである。
〔作用〕
ブリッジ回路の交流端子とフィルタコンデンサの端子と
が最短距離で接続できるように半導体素子のユニットを
相毎に分割してフィルタコンデンサの周囲に配置したこ
と及びブリッジ回路の相聞わたり線,フィルタコンデン
サの接続配線を複数本で接続すること及びフィルタコン
デンサをトランジスタユニットに密着配置したことは過
電圧の発生機構に関わる回路インピーダンスを低減する
ものである。
これは半導体素子が電流を遮断するときに発生する過電
圧を抑制できるばかりでなく、他相間の転流時に発生す
る過電圧も抑制するように作用する. 〔実施例〕 第1図は本発明の一実施例を示す電力変換器の構成図、
第2図は本発明を説明するための回路図、第3図は本発
明を説明するための電圧波形及び動作信号波形図、第4
図は本発明の動作を説明する電圧状態図、第5図は本発
明の動作を説明するための回路図である。
第1図において、IU〜IWは冷却フィン、2は2U〜
2Wはトランジスタユニット、3はフィルタコンデンサ
、4・5・6は電源、7・8はトランジスタユニットの
相間わたり線、11〜13はトランジスタユニットから
なるブリッジ回路の交流端子とフィルタコンデンサの端
子を接続する接続配線、18は支持板、19はトランジ
スタユニットをスイッチングする制御装置である。
第2図において、2UP〜2WNはトランジスタモジュ
ール、Tは前記トランジスタモジュールの内部構成素子
であるトランジスタ、Dはダイオ一ドである(2UP〜
2WPは省略).2UPS〜2WNSはスナバ回路で、
2UNS〜2wNSに内部構成素子のスナバコンデンサ
Cs,スナバダイオードDs,スナバ抵抗Rsを示した
(2 U P S〜2WPSは省略)。CIはフィルタ
コンデンサ3の容量値、Icはトランジスタ電流、Il
aは出力電流、Lsu, I5v, Iswはスナバ回
路電流、Q4〜QBは電源のインダクタンス、Q7〜Q
1oは相間わたり線のインダクタンス、Qsxynxs
はフィルタコンデンサ接続配線のインダクタンス、Q1
4〜(lteはスナバ回路のインダクタンス、Vcεは
トランジスタ電圧、vcF,−eはフィルタコンデンサ
電圧、9,10は相間わたり線、14,15は出カ配線
、16は直流リアクトル、17は負荷である。
第3図において、V4? Vs.Vsは電源4,5,6
の相電圧波形、2UP’〜2WN’は制御装置19によ
ってパルス幅変調したトランジスタモジュール20P 
〜2WNのベース信号、VC4−6,vc4〜ev V
cIS−eはトランジスタモジュールに掛かる線間電圧
を示す。
第1図〜第5図を用いて本発明を説明する.第1図のト
ランジスタユニット2U〜2Wは第2図の各相上・下ア
ームのトランジスタモジュール2UP〜.2WNとスナ
バ回路2UPS〜2WNSで構成している. 一般にトランジスタTの逆耐電圧が低いため,トランジ
スタモジュールでは逆方向電圧をダイオードDで負担す
るように構成している。
相電圧波形V4,V6,V8に対応して制御装置19か
らパルス幅変調したベース信号2UP’〜2WN’ が
トランジスタモジュール2UP〜2WNに与えられる。
ここでベース信号2UP’はトランジスタモジュール2
UPに、順次記号に対応して与えられている。
トランジスタモジュール2UP〜2WNはこのベース信
号によってオン,オフ動作を行なう。動作の一部分に注
目し、この動作の期間Tで、トランジスタモジュール2
WNに着目し、そこに発生する過電圧について説明する
期間Tでは始め、ベース信号2UP’ と21N’がオ
ン信号であるため、第2図のトランジスタモジュール2
0P,2WNが導通し、電源4,電源インダクタンスQ
4,トランジスタモジュール2UP,相間わたり線7,
出力線14,直流リアクトル16,負荷17,相問ねた
り[10, トランジスタモジュール2WN,電源リア
クトルQB,電源6の経路で電流が流れる. ここで、電圧源がフィルタコンデンサ3と仮定すればフ
ィルタコンデンサ3の端子4′から電流が流れ出て前記
と同様の経路でフィルタコンデンサ3の端子6′に電流
が流れ込む。
回路に印加される電圧は線間電圧Vc4−eで、この時
トランジスタモジュール2WNはオンしているため電圧
は第4図のA期間の様に零である。
次に,ベース信号2WN’ がオフ信号になると、トラ
ンジスタモジュール2WNを流れていた電流Icは第4
図に示す様に減少し、オフする。
この時、トランジスタモジュール2WNに流れていた電
流Icは各スナバ回路2UNS〜2 WNSにIsυ,
 Isv, Iswの様に分流する。トランジスタモジ
ュール2WNの電圧はスナバ回路に流れ込んだ電流変化
とスナバ回路のインダクタンスQL6で、第2図に示す
一印の極性で電圧Vspが発生する。
その後、ベース信号2UN’ がオン信号になるとトラ
ンジスタモジュール2UNが導通し、出力電流エーはト
ランジスタモジュール2UP,相聞わたり線7,出力線
14,直流リアクトル16,負荷17,出力線15,相
間わたり線9,トランジスタモジュール2UNの回路を
循環する。
この時、トランジスタモジュール2VNには線間電圧V
C4−6、が印加され逆バイアスに、トランジスタモジ
ュール2WNには線間電圧VC4−6が印加される。
次に、ベース信号2UN’ がオフ信号になると、トラ
ンジスタモジュール20Nを流れていた電流は減少する
と同時にスナバ回路2UNS〜2 WNSに分流する。
このスナバ回路へ流れ込んだ電流によって、スナバコン
デンサCsに電荷が蓄積し、例えばトランジスタモジュ
ール2VNに印加されていた電圧が逆バイアス状態から
トランジスタモジュール2VNが動作できる順電圧へと
回復する。
一方、トランジスタモジュール2WNのスナバ回路2W
NSにも電流が流れ込むためのトランジスタモジュール
2WNの電圧は線間電圧VC4−8がらさらに線間電圧
VC6−8に向って上昇する。
この経過の中で、ベース信号2VN’ がオン信号にな
るとトランジスタモジュール2VNは前述の順電圧に回
復した時点(d)1;’導通する(第4図参照)。
この時にトランジスタモジュール2WNに印加される電
圧を第5図を用い詳細に説明する。第5図は第2図の一
部を拡大して表わしたもので本図を用いて更に詳しく説
明する。
トランジスタモジュール2VNが導通動作に入ると、ス
ナバ回路2WNSに流れていた電流Iswは減少し,ト
ランジスタモジュール2VNに流れ込む. この減少する電流変化で、相間わたり線のインダクタン
スMio+スナバ回路インダクタンスQta,フィルタ
コンデンサ配線インダクタンスα13には・印の極性に
電圧が発生する。また、トランジスタモジュール2VN
への電流I zvNの増加でフィルタコンデンサ配線イ
ンダクタンスQLzにも一印の極性に電圧が発生する. 従って、この時トランジスタモジュール2WNに印加さ
れる電圧は第4図に示すように線間電圧Vcs−eとフ
ィルタコンデンサ配線インダクタンスQ 12, Q 
1a、相間わたり線インダクタンスQtoに発生した電
圧の総和となる。この様にトランジスタモジュール2W
Nに最も高い電圧が印加される機構としては他相間の転
流動作時(トランジスタモジュール20Nからトランジ
スタモジュール2VNへ転流)におこるもので、次の様
な関係にあることが明らかになった。
=Vcs−e+ΔVp              −
(1)したがってトランジスタモジュールの定格電圧が
低いもので電力変換装置を構成するにはフィルタコンデ
ンサ配線インダクタンスQ ll− 0 131相間わ
たり線インダクタンスQ 9* Q 10*スナバ回路
インダクタンスQ16を十分小さくするか、スナバコン
デンサCs を十分大きくするかにあるが、スナバコン
デンサCsを十分大きくすることは転流時間が長くなる
ためトランジスタモジュールのスイッチング周波数を高
くできない。
これより、前記した部分の配線インダクタンスを十分小
さくすることが望ましい。
この様なことから第1図に示す半導体素子のトランジス
タユニット2U〜2Wを相毎に分割して冷却フインIU
〜1wに取付、フィルタコンデンサ3の周囲に配置する
構成とした。この様に構成することで、フィルタコンデ
サ3の端子とトランジスタモジュール2U〜2Wからな
るブリッジ回路の交流端子との接続配線11〜13を最
短距離で接続が可能となる。
また、相間わたり線7〜10も最短距離で接続が可能と
なる. 本発明によれば、配線インダクタンスが最小になる実装
構成にできるためトランジスタモジュールの電圧負担が
小さくなるだけでなく、大容量で信頼性の高い電力変換
装置の実用化が図れる効果がある。
本発明の他の実施例を第6図に示す. 本実施例の特徴はフィルタコンデンサ3をトランジスタ
モジュールの冷却フィンに密着配置し、トランジスタユ
ニットの交流端子とフィルタコンデンサ3の端子の接続
配線11〜13を最短距離で接続できるよう密着構成し
たことにある。
本実施例によればフィルタコンデンサ3の配線インダク
タンスを低減できるのでトランジスタモジュールの電圧
負担が小さくできるだけでなく、大容量で信頼性の高い
電力変換装置が提供できる効果がある。
本発明の他の実施例を第7図に示す。本実施例の特徴は
トランジスタモジュール2UP〜2WNの相間わたり線
7〜10を複数本7a,7b〜10a,10bにし、か
つ、フィルタコンデンサ3の接続配IIA11〜13を
複数本11a,llb〜13a,13bにしたところに
ある。複数本にしたことにより関係式(1)の電流作用
を少なくするのを狙ったものである。
すなわち,関係式(1)の第2項の電流に関わる影響を
小さくできるためトランジスタモジュールの電圧負担が
小さくなる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、トランジスタユニットからなるブリッ
ジ回路の相間わたり線、ブリッジ回路の交流端子とフィ
ルタコンデンサの端子の接続配線インダクタンスを低減
できるため,スナバ回路を大きくすることなく、トラン
ジスタモジュールに印加する過電圧を抑制できる。その
ためトランジスタモジュールの電圧負担が小さくなるだ
けでなく、大容量で信頼性の高い電力変換装置を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す電力変換器の構成図、
第2図は本発明を説明するための回路図、第3図は本発
明を説明するための電圧波形及び動作信号波形、第4図
は本発明の動作を説明する電圧状態図、第5図は本発明
の動作を説明するための回路図,第6図,第7図はそれ
ぞれ本発明の他の実施例を示す電力変換器の構成図であ
る。 IU〜IW・・・冷却フィン、2U〜2W・・・トラン
ジスタユニット、3・・・フィルタコンデンサ、7〜1
0・・・相間わたり線,11〜13・・・フィルタコン
デンサの接続配線. 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電流自己消弧機能を有する半導体素子からなるブリ
    ッジ回路、前記半導体素子にオン信号、オフ信号を与え
    る制御装置および前記ブリッジ回路の交流側にフィルタ
    コンデンサを備えた電力変換装置において、前記ブリッ
    ジ回路を相毎に分割したユニットを前記フィルタコンデ
    ンサの周囲に配置した事を特徴とした電力変換装置。 2、電流自己消弧機能を有する半導体素子からなるブリ
    ッジ回路、前記半導体素子にオン信号、オフ信号を与え
    る制御装置および前記ブリッジ回路の交流側にフィルタ
    コンデンサを備えた電力変換装置において、前記フィル
    タコンデンサを前記半導体素子と密着配置した事を特徴
    とした電力変換装置。 3、電流自己消弧機能を有する半導体素子からなるブリ
    ッジ回路、前記半導体素子にオン信号、オフ信号を与え
    る制御装置および前記ブリッジ回路の交流側にフィルタ
    コンデンサを備えた電力変換器において、前記ブリッジ
    回路の相間わたり線、前記ブリッジ回路の交流端子間と
    前記フィルタコンデンサの接続配線の少なくとも一方を
    複数本用いた事を特徴とした電力変換装置。
JP1053857A 1989-03-08 1989-03-08 電力変換装置 Pending JPH02237474A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI774048B (zh) * 2020-08-28 2022-08-11 大陸商中山旭貴明電子有限公司 用於裂相供電系統的電源轉換電路及換流器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI774048B (zh) * 2020-08-28 2022-08-11 大陸商中山旭貴明電子有限公司 用於裂相供電系統的電源轉換電路及換流器

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