JPH09285136A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH09285136A
JPH09285136A JP8097823A JP9782396A JPH09285136A JP H09285136 A JPH09285136 A JP H09285136A JP 8097823 A JP8097823 A JP 8097823A JP 9782396 A JP9782396 A JP 9782396A JP H09285136 A JPH09285136 A JP H09285136A
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JP
Japan
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diode
cooling
power
switching
snubber
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JP8097823A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Sato
和弘 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流電力の中性点を境に、正側主回路又は負
側主回路を1 つのモジュールユニットに実装するNPC
インバータ装置を提供する。 【解決手段】 パワーモジュールユニット51は、中性点
クランプダイオード52a,52bを境に、正側主回路と負
側主回路を構成し、例えば、正側主回路については、中
性点クランプダイオード52aを起点にGTO素子53a、
フライホイールダイオード54a、GTO素子53b、フラ
イホイールダイオード54bを順に配置し、GTO素子と
フライホイールダイオードの間には水冷ヒートシンク55
を絶縁することなく配置し、スナバー回路、回生ダイオ
ード60a、アノードリアクトル61aを接続したことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、PWM制御を用い
たNPC電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、NPCインバータ装置において
は、製造の容易性、軽量化の観点から、該NPC電力変
換装置に実装されるパワーモジュールユニットを正側、
負側と、2つ設ける必要があった。
【0003】図3に、正側の主回路を装備した各パワー
モジュールユニットを示す。図3の正側のパワーモジュ
ールユニットは、図示していない負側のパワーモジュー
ルユニットとその構成が同様であることから、以下に、
正側のパワーモジュールユニットについて説明する。
【0004】図4の正側の主回路の最前列には、絶縁ス
ペーサ1を起点にフライホイールダイオード2、GTO
素子3、スナバーダイオード4を対称に配置し、各素子
を冷却する水冷ヒートシンク5とともに、所定の圧力で
締め付けたスタック6を配置する。スタック6の後方に
は、スナバーコンデンサ7a,7bとスナバー抵抗器8
aを配置し、さらに後方には、回生ダイオード9aと絶
縁スペーサ10と中性点クランプダイオード11aを所定の
圧力で締め付けたスタック12とGTO素子3のdi/dtを
抑制するアノードリアクトル13aが配置され、正側主回
路を構成する。主回路の接続はブス14により行われ、該
NPCインバータ装置の主回路結線図を図4に示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電力変換装置においては、第3のダイオード手段を
スイッチング手段の近傍に配置することから、モジュー
ルユニットが大きくなるために、モジュールユニットを
正側、負側と複数個にしなければならなかった。
【0006】また、スイッチング手段が故障した場合に
は、モジュールユニット後部にあるため、保守性に問題
があった。さらに、スイッチング手段等が多くなること
から、高コストで組立も容易でない。そこで、本発明
は、上記の問題点に鑑み、省スペース性、保守性、経済
性、組立性に優れた電力変換装置を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、直流電源と、該直流電源か
ら供給される直流電力を平滑にする平滑手段と、前記直
流電力の中性点を境に該直流電力の正側又は負側に、該
直流電力をスイッチングするスイッチング手段と、該第
1のダイオード手段と該スイッチング手段に配置され、
該第1のダイオード手段と、該スイッチング手段とを冷
却する第1の冷却手段と、該スイッチング手段に接続さ
れる第2のダイオード手段と、該スイッチング手段と該
第2のダイオード手段とを冷却する第2の冷却手段と、
該スイッチング手段の電流制御を行うリアクトル手段
と、該スイッチング手段に接続され、該直流電力を吸収
し、少なくとも第3のダイオード手段を有するスナバ手
段と、該スナバ手段に接続し、該直流電力を回生する回
生ダイオード手段と、該リアクトル手段と該スナバ手段
と該回生ダイオード手段とを冷却する第3の冷却手段と
を有するモジュールユニットと、前記スナバ手段によっ
て吸収された直流電力を該直流電源に回生する回生ユニ
ットとを有したことを特徴とする。
【0008】請求項2記載の発明は、該スイッチング手
段と該第2の冷却手段と該第2のダイオード手段とを複
数個設け、該スイッチング手段と該第2の冷却手段と該
第2のダイオード手段とを交互に配置したことを特徴と
する。
【0009】請求項3記載の発明は、該第1の冷却手段
又は該第2の冷却手段に、該スイッチング手段又は該第
1のダイオード手段又は該第2のダイオード手段のアノ
ード又はカソードを冷却する二系統の冷却手段を用いた
ことを特徴とする。
【0010】請求項4記載の発明は、該第3のダイオー
ド手段又は該回生ダイオード手段をスタッド型又はフラ
ットベース型の非圧接型とし、複数個直列接続したもの
を並列にしたことを特徴とする。
【0011】請求項5記載の発明は、該第1のダイオー
ド手段又は前記第2のダイオード手段の少なくとも正側
又は負側のいずれかを自冷により冷却することを特徴と
する。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施例について図1、図
2を用いて説明する。図1は、NPCインバータ装置50
に実装されるパワーモジュールユニット51を示す。パワ
ーモジュールユニット51は、中性点クランプダイオード
52a,52bを境に、右半分を正側主回路、左半分を負側
主回路としている。正側主回路は、中性点クランプダイ
オード52aを起点にGTO素子53a、フライホイールダ
イオード54a 、GTO素子53b、フライホイールダイ
オード54bを順に配置する。負側主回路も同様に、中性
点クランプダイオード52bを起点に、GTO素子53c、
フライホイールダイオード54c、GTO素子53d、フラ
イホイールダイオード54dを順に配置する。各GTO素
子、フライホイールダイオードの間には、水冷ヒートシ
ンク55を絶縁することなく配置し、所定の圧力で締め付
け、スタック56を構成する。
【0013】スタック56の後方には、GTO素子53a,
53bに並列接続しているスナバーダイオード57a,57b
とスナバーコンデンサ58a,58bとスナバー抵抗器59a
から成るスナバー回路と、回生ダイオード60a、アノー
ドリアクトル61aが、正側主回路、負側主回路にそれぞ
れ配置される。なお、各素子の接続は、ブス62により行
われる。
【0014】上述のように、中性点クランプダイオード
52a,52bを境に、正側主回路と負側主回路を配置し、
1つのパワーモジュールユニットとしたことにより、配
線インダクタンスを低減することができ、さらに、PW
Mスイッチングにより高周波によって生ずるブスの加熱
を防ぐことができる。また、スタック56をパワーモジュ
ールユニット51の最前列に配置しているため、後列のス
ナバーダイオード57、回生ダイオード60に比較して素子
交換を行う確立の高いGTO素子53等の交換が容易とな
る。後列のスナバーダイオード57、回生ダイオード60
が、万が一故障した場合には、パワーモジュールユニッ
ト51を引き出して交換できる構造となっている。
【0015】なお図示していないが、各々の母線間
(P.O.N)には母線間を絶縁するために絶縁板を挿
入し(または母線を絶縁被膜)、密着して接続してい
る。スナバーダイオード57及び回生ダイオード60は、ス
タッド型又はフラットベース型の非圧接型で複数個直並
列されている非圧接型としたことにより、スタック56の
横寸法を抑え、かつ絶縁スペーサ構造部材、配管、水冷
フィン部材を減らすことができる。
【0016】スナバーダイオード57及び回生ダイオード
60は、配線インダクタンスを最小にするため、それぞれ
2個並列としている。冷却は、従来と同様に、GTO素
子等の発熱量が大きいことを考慮し、水冷方式を採用し
た。スタック56の冷却はGTO素子53、フライホイール
ダイオード54のアノード又はカソードの片面だけの二つ
の水路に分け、この2つの水路の熱交換量を等しくして
いる。これにより、各水路における冷却水の温度上昇が
等しくなるため、オリフィス等による調整が不要とな
る。
【0017】スタック56の後方に配置されたスナバーダ
イオード57、スナバーコンデンサ58、スナバー抵抗器
59、回生ダイオード60、アノードリアクトルは、3つ
の冷却系統で冷却され、計5つの冷却系統が、主配管6
3、分配管により冷却を行う。なお、フライホイールダ
イオード54a,54b、中性点クランプダイオード52a,
52bは、片面を水冷で冷却している。
【0018】図2は、NPCインバータ装置50を示した
ものである。パワーモジュールユニット51を、U,V,
W相の順に搭載し、最下段にGTOスナバーエネルギー
を直流電源に回生する回生チョッパーユニット65を配置
している。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、直流
電力の中性点を境に直流電力の正側又は負側にモジュー
ルユニットを構成したことから、省スペース性、保守
性、経済性、組立性に優れた電力変換装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例におけるパワーモジュール
ユニット構成図。
【図2】本発明に係る実施例における電力変換装置構成
図。
【図3】従来の正側パワーモジュールユニット構成図。
【図4】従来のパワーモジュールユニットの結線図。
【符号の説明】
50 NPCインバータ装置 51 パワーモジュールユニット 52 中性点クランプダイオード 53 GTO素子 54 フライホイールダイオード 55 水冷ヒートシンク 56 スタック 57 スナバーダイオード 58 スナバーコンデンサー 59 スナバー抵抗器 60 回生ダイオード 61 アノードリアクトル 62 ブス 63 主配管 64 分岐配管 65 回生チョッパーユニット

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源と、この直流電源から供給され
    る直流電力を平滑にする平滑手段と、前記直流電力の中
    性点を境に前記直流電力の正側又は負側に、前記直流電
    力の中性点に接続される第1のダイオード手段と、前記
    直流電力をスイッチングするスイッチング手段と、前記
    第1のダイオード手段と前記スイッチング手段とを冷却
    する第1の冷却手段と、前記スイッチング手段に接続さ
    れる第2のダイオード手段と、前記スイッチング手段と
    前記第2のダイオード手段とを冷却する第2の冷却手段
    と、前記スイッチング手段の電流制御を行うリアクトル
    手段と、前記スイッチング手段に接続され、前記直流電
    力を吸収し、少なくとも第3のダイオード手段を有する
    スナバ手段と、前記スナバ手段に接続し、前記直流電力
    を回生する回生ダイオードと、前記リアクトル手段と前
    記スナバ手段と前記回生ダイオード手段とを冷却する第
    3の冷却手段とを有するモジュールユニットと、前記ス
    ナバ手段によって吸収された直流電力を前記直流電源に
    回生する回生ユニットとを具備したことを特徴とする電
    力変換装置。
  2. 【請求項2】 前記スイッチング手段と前記第2の冷却
    手段と前記第2のダイオード手段とを複数個設け、前記
    スイッチング手段と前記第2の冷却手段と前記第2のダ
    イオード手段とを交互に配置したことを特徴とする請求
    項1記載の電力変換装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の冷却手段又は前記第2の冷却
    手段に、前記スイッチング手段又は前記第1のダイオー
    ド手段又は前記第2のダイオード手段のアノー又はカソ
    ードを冷却する二系統の冷却手段を用いたことを特徴と
    する請求項1又は請求項2記載の電力変換装置。
  4. 【請求項4】 前記第3のダイオード手段又は前記回生
    ダイオード手段をスタッド型又はフラットベース型の非
    圧接型とし、複数個直列接続したものを並列にしたこと
    を特徴とする請求項1又は請求項2記載の電力変換装
    置。
  5. 【請求項5】 前記第1のダイオード手段又は前記第2
    のダイオード手段の少なくとも正側又は負側のいずれか
    を自冷により冷却することを特徴とする請求項1又は請
    求項2記載の電力変換装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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