JPH10285953A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH10285953A
JPH10285953A JP9089545A JP8954597A JPH10285953A JP H10285953 A JPH10285953 A JP H10285953A JP 9089545 A JP9089545 A JP 9089545A JP 8954597 A JP8954597 A JP 8954597A JP H10285953 A JPH10285953 A JP H10285953A
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JP
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regenerative
circuit
module
capacitor
line
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JP9089545A
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Masashi Kato
昌史 加藤
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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】正極側に接続される回生コンデンサと、負極側
に接続される回生コンデンサとの充電電流が同じになる
ようにして同じ仕様の回生回路と回生コンデンサを採用
して装置のコストダウンに寄与する。 【解決手段】回生接続回路14A,14Cを正極側の回
生線32Cに接続し、回生接続回路14B,14Dを回
生線32Aに接続し、回生接続回路23Aを回生線32
Aに接続し、回生接続回路23Cを回生線32Cに接続
して構成することによって、回生線32Cに接続される
回生接続回路が14A,14C,23C、負極側の回生
線32Aに接続される回生接続回路が14B,14D,
23Aと両者が平等になって、それぞれのスナバ回路か
ら回生回路に回生するエネルギーが同じになるので、回
生回路3A,3Cと回生コンデンサ31A,31Cとは
それぞれ同じ仕様のものを使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自己消弧型半導
体スイッチング素子を使用したインバータやコンバータ
などの電力変換装置、特にその自己消弧型半導体スイッ
チング素子のターンオフ、ターンオン特性を改善するた
めに使用されるスナバ回路のコンデンサに蓄積されたエ
ネルギーを回生する機能を持った電力変換装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図4は自己消弧型半導体スイッチング素
子の一種であるGTOサイリスタ素子を使用した電力変
換装置の回路図である。この図において、電力変換装置
は直流電源5から得られる直流を所定の周波数、電圧の
交流に変換して負荷6に供給するインバータとして図示
してある、直流電源5の代わりに直流負荷、交流負荷6
の代わりに交流電源として、交流電力から直流電力を得
るコンバータであってもよい。
【0003】この電力変換装置は1E,1F,1G,1
Hの四つのアームから構成されている。なお、実際の電
力変換装置ではこれらの他にそれぞれの自己消弧型半導
体スイッチング素子のターンオン、ターンオフのための
パルスを生成するパルス発生器を含む制御装置とその付
属装置が含まれるが、これらはこの発明には関係ないの
で図示を省略してある。
【0004】図の右側の二つのアーム1Eと1Fとは直
列接続されて直列アームEを構成し、その直列接続点か
ら負荷6に接続される接続線が引き出される。直列アー
ムEに並列に一括スナバ回路2Eが接続されて図の下端
が直流電源5の負極に、上端がアノードリアクトル4E
を介して直流電源5の正極に接続されている。一括スナ
バ回路2Eはコンデンサ21Eとダイオード22Eとの
直列回路とその接続点と直流電源5の正極側との間に挿
入された抵抗23Eとからなっている。
【0005】アーム1Eは、自己消弧型半導体スイッチ
ング素子11E、これに極性が逆に並列接続されたフリ
ーホイーリングダイオード12E及び同じく並列に接続
された個別スナバ回路13Eからなっており、個別スナ
バ回路13Eの構成は、アーム1Fの個別スナバ回路1
3Fの構成と同じであり、個別スナバ回路13Fはコン
デンサ131F、ダイオード132Fの直列回路及びダ
イオード132Fに並列接続された抵抗133Fとから
なる。個別スナバ回路13Eは個別スナバ回路13Fを
構成する回路要素の添字FをEに換えたものである。
【0006】図の左側の二つのアーム1G,1Hとその
付属回路から構成される直列アームGは、前述の直列ア
ームEと同じであり、添字EをGに、FをHに換えるだ
けなので重複する説明を省く。それぞれのアームの自己
消弧型半導体スイッチング素子11E〜11Hのオン、
オフの制御は、11Eと11Fは一方がオンのとき他方
はオフ、同じように、11Gと11Hも一方がオンのと
き他方はオフ、になるようになっている。それは、図の
直列に接続された自己消弧型半導体スイッチング素子が
同時にオンになると直流電源5を短絡して短絡電流が流
れるからである。
【0007】個別スナバ回路13Eが設けられるのは、
自己消弧型半導体スイッチング素子11Eのターンオフ
時に自己消弧型半導体スイッチング素子11Eの端子間
電圧の時間変化率(dv/dt)を低減して許容値以下
にするためであり、アノードリアクトル4Eが設けられ
るのは、ターンオン時の自己消弧型半導体スイッチング
素子11Eに流れ始める電流の時間変化率(di/d
t)を許容値以下にするためであり、そして、一括スナ
バ回路2Eが設けられるのは自己消弧型半導体スイッチ
ング素子11E又は11Fのスイッチング時の電圧の跳
ね上がり電圧を許容値以下にするためである。
【0008】以下に、直列アームEを基に自己消弧型半
導体スイッチング素子のターンオフ、ターンオン動作に
ついて説明する。図5は自己消弧型半導体スイッチング
素子11Eがターンオフ動作をするときの電流、電圧の
時間的変化を示す波形図であり、上段は電流を、下段は
電圧を示す。そして、それぞれの電流iは回路要素を表
す添字を付けてその回路要素に流れる電流を示し、電圧
vも同じく回路要素を表す添字を付けてその回路要素の
両端の電圧を表す。
【0009】時点t0 は自己消弧型半導体スイッチング
素子11Eがオンの状態からオフの状態に移行する、い
わゆるターンオフの開始時点である。この時点の前まで
は自己消弧型半導体スイッチング素子11Eに一定電流
が流れている、したがって、自己消弧型半導体スイッチ
ング素子11Fはオフの状態にある。また、自己消弧型
半導体スイッチング素子11G、11Hのどちらか一方
がオンであるが、11Eのターンオフ動作には無関係な
ので説明を省略する。
【0010】時点t0 において自己消弧型半導体スイッ
チング素子11Eの電流i11E は急激に減少し始め時点
1 で0になる。負荷電流は11Eのターンオフという
微小時間においては一定とみなして良いので電流i11E
の減少分は個別スナバ回路13Eに転流してダイオード
132Eを介して電流i131Eがコンデンサ131Eを充
電する。抵抗133Eに流れる電流は無視できる程度に
小さい。コンデンサ131Eが充電されることによって
その電圧は上昇する。この電圧は同時に図の下段に示す
自己消弧型半導体スイッチング素子11Eの端子間電圧
11E でもある。この電圧v11E が図示のように当初は
直線的に上昇し電流i131Eの減少とともにその上昇速度
が小さくなる。
【0011】時点t2 までに電流i131Eは減少するがそ
の減少分は一括スナバ回路2Eに転流し時点t2 で電流
131Eが0になることによって、全ての電流が一括スナ
バ回路2Eに転流する。これと同時に負荷電流はアーム
1Fのフリーホイーリングダイオード12Fに転流す
る。一括スナバ回路2Eの回路構成は接続される端子が
異なるだけで個別スナバ回路13Eと基本回路は同じで
コンデンサ21E、ダイオード22E及び抵抗23Eか
らなっている。一括スナバ回路2Eに転流した電流はコ
ンデンサ21Eを充電して電圧を上昇させるが、時間と
ともに減少し、時点t3 で一括スナバ回路2Eの電流は
0となってアーム1Eのターンオフ動作は終了する。タ
ーンオフ完了時の時点t3 以降の電圧v11E の値は直流
電源5の電圧VDCである。一方、個別スナバ回路のコン
デンサ131Eと、一括スナバ回路のコンデンサ21E
には、ターンオフ完了時に直流電流5の電圧VDCを越え
る電圧が印加されているが、ターンオフ完了後、それぞ
れ抵抗133E,23Eを介して直流電源5の電圧VDC
まで放電される。このとき抵抗133E,23Eにジュ
ール損が発声する。
【0012】前述のようにターンオフ完了後において、
個別スナバ回路13Eのコンデンサ131E及び一括ス
ナバ回路2Eのコンデンサ21Eは充電されたままの状
態になっているが、このうち個別スナバ回路13Eのコ
ンデンサ131Eは、次の自己消弧型半導体スイッチン
グ素子11Eのターンオン時に抵抗133Eを介して0
まで放電する。このとき、131Eに蓄積されていた充
電エネルギーは放電抵抗である抵抗133Eによってジ
ュール損として消費される。なお、この放電電流はター
ンオフの過程における電流i131Eやi21E に比べてはる
かに小さな値なので図示を省略してある。
【0013】図6は自己消弧型半導体スイッチング素子
のターンオン動作を説明するための波形図であり、図5
と同じ要素については説明を省く。なお、図5の時点の
符号と図6の時点の符号は同じように時点t0 〜時点t
3 を付けてあるが互いに関係はない。図6において、時
点t0 の前は自己消弧型半導体スイッチング素子11E
はオフの状態なので、電流はフリーホイーリングダイオ
ード12Fに流れている。時点t0 で自己消弧型半導体
スイッチング素子11Eのターンオンが開始されると、
その電流i11E が上昇を始め、電流i12F は減少し始め
て時点t1 で0となり、電圧v11F が上昇し始める。こ
の電圧v11F によって個別スナバ回路13Fのコンデン
サ131Fにダイオード132Fを介して充電電流i
131Fが流れる。この電流i131Fのピークとなる時点から
一括スナバ回路2Eのコンデンサ21Eにダイオード2
2Eを介して充電電流i21E が流れる。この充電電流i
21E 時点t2 でピークとなってその後減少して時点
3 で0となる。これらスナバ回路のコンデンサを充電
する電流はアーム1Eを介して供給されるので電流i
11E は負荷電流の他にコンデンサ131Fの充電電流が
重畳した波形となる。電圧v11F は前述のように時点t
1 から上昇し時点t2 でピーク値となって階段状に低下
し時点t3 まで徐々に上昇した後階段状に低下する。こ
れらの現象は前述の図5における電圧v11E の場合と類
似である。
【0014】電流i11E の時点t0 からの上昇時のdi
/dtは前述のように許容値があるのでアノードリアク
トル4Eによって抑制されている。時点t3 以降は個別
スナバ回路13Fのコンデンサ131Fと一括スナバ回
路2Eのコンデンサ21Eには、直流電源5の電圧VDC
を越える電圧が印加されているが、図5のターンオフの
ときと同じようにターンオン終了後それぞれ抵抗133
F、23Eを介して直流電源の電圧VDCまで放電され
る。このときに図5のターンオフと同様にジュール損が
発生する。また、この個別スナバ回路13Fのコンデン
サ131Fは、次の自己消弧型半導体スイッチング素子
11Fのターンオン時に抵抗133Fを介して0まで放
電され、このときジュール損が発生する。
【0015】これらのジュール損は装置の周波数が高い
ほど、直流電圧が高いほど、素子電流が大きいほど大き
くなり、装置の効率の低下を招くとともに、ジュール損
による装置の過熱を防ぐための冷却機構も大きくなって
装置のコストアップの要因にもなる。このようなことか
ら、スナバ回路のコンデンサに蓄積されたエネルギーを
直流電源5に戻すいわゆるスナバ回生が行われる。
【0016】なお、図から分かるように直列アームE,
Gはそれぞれ同じ回路構成なので、製作上も直列アーム
Eと直列アームGとは同じものをそれぞれ単体としての
モジュールとして別々に製作し、これを図示のように接
続して1台の電力変換装置に組み立てるのが実際であ
る。図7は回生機能を持つ従来の電力変換装置の回路図
であり、図4と同じ回路要素には同じ符号を付けて重複
する説明を省く。また、直列アームE,Gに対応する直
列アームの符号をそれぞれA、Cとし、またアーム1
E,1F,1G,1Hに対応するアームも1A,1B,
1C,1Dとしていて、それぞれに含まれる回路要素の
添字もそれぞれの直列アーム及びアームの符号の添字に
合わせて変えてある。したがって、英字の添字を除く数
字の符号が同じものは実質的に同じなのでこの場合も重
複する説明を省く。また、以下の説明に引用されない回
路要素に対しては符号の記載を省略してある。
【0017】図7の図4と異なる点の一つは、図4での
スナバ回路のコンデンサを放電するための抵抗をダイオ
ードとインダクタとの直列回路からなる回生接続回路に
置き換えたこと、二つは、回生コンデンサ及び回生回路
を設けたことである。図の上の方の回生コンデンサ31
Cは回生線32Cと直流電源5の正極側との間に設けら
れていてこの回生コンデンサ31Cの端子間電圧が回生
回路3Cに入力され、この回生回路3Cの出力端子は直
流電源5の両極に接続されている。回生線32Cにはそ
れぞれのスナバ回路に接続されている回生接続回路23
A,14A,23C,14Cがそれぞれ接続されてい
る。
【0018】図の下の方の回生コンデンサ31Aは回生
線32Aと直流電源5の負極側との間に設けられていて
この回生コンデンサ31Aの端子間電圧が回生回路3A
に入力されこの回生回路3Aの出力端子は直流電源5の
両極に接続されている。回生線32Aにはそれぞれのス
ナバ回路に接続されている回生接続回路14B,14D
がそれぞれ接続されている。
【0019】アーム1Aの個別スナバ回路13Aに接続
されている回生接続回路14Aはインダクタ141Aと
ダイオード142Aとからなっており、他の回生接続回
路も同じ回路構成なのでこの回生接続回路14Aを例に
とって回生機能の説明をする。アーム1Aがターンオン
すると電圧V11A は実質的に0になるから個別スナバ回
路13Aのコンデンサ131Aは充電の状態から回生接
続回路14Aを通って回生コンデンサ31Cを充電する
形で放電する。このとき、放電電流はインダクタ141
Aによってその値が制限されて急激な電流の上昇が抑制
される。ダイオード142Aは回生回路3Cを始めとす
る他の回路から電流が回生接続回路14Aを通じて個別
スナバ回路13Aに逆流しないように設けられている。
【0020】それぞれのスナバ回路のコンデンサが回生
接続回路を通って放電することによって回生コンデンサ
31Cは充電されてその端子間電圧は上昇する。回生回
路3Cはインバータ又はチョッパからなっていて、回生
コンデンサ31Cの電圧を直流電源5に回生するのに適
した電圧に変換して直流電源5に回生する。回生回路3
Cには四つの回生接続回路14A,14C,23A,2
3Cが接続されているから、この回生回路3Cはこれら
四つの回生接続回路によって充電される。
【0021】前述のようにそれぞれのスナバ回路のコン
デンサは自己消弧型半導体スイッチング素子のターンオ
ン、ターンオフごとに充電されるから回生回路3Cも継
続的に充電されるので回生もまた継続して行われる。回
生回路3Aとこれに接続される回路の回生も回生回路3
Cと同様に行われる。図8は図7の電力変換装置の一つ
の素子がターンオフする時の波形図であり、前述の図5
と類似なので重複する説明は省く。図5における英字の
添字E,Fは図8ではA,Bであり、数字符号は共通で
ある。図8において、時点t2 までは図5と同じであ
る。この時点t2 で個別スナバ回路13Aのコンデンサ
131Aの電流i131Aは正から負に逆転する。それは、
電流i131Aが正のときはダイオード132Aを通って電
流が流れてコンデンサ131Aを充電するのに対して、
負の電流は回生接続回路14Aを通って放電する放電電
流だからである。この放電電流は回生接続回路14Aを
通って回生コンデンサ31Cに充電電流として流れ込
む。同じようにして、時点t1 で流れ始めた一括スナバ
回路2Aのコンデンサ21Aの充電電流は時点t2 でピ
ークとなり、その後減少して時点t3 で0となり、電流
131Aと同様に更に負の値となって流れ続けるがこの負
の電流は回生接続回路23Aを通って回生コンデンサ3
1Cを充電する充電電流となる。
【0022】図9は図8の素子がターンオンする時の波
形図であり、前述の図6と類似なので重複する説明を省
く。この図において、時点t2 までのそれぞれの波形は
図6のそれと同じである。時点t2 の後アーム1Bの個
別スナバ回路13Bのコンデンサ131Bの電流i131B
が正から負に反転するが、この場合もこの負の電流13 1B
は図7の回生接続回路14B、回生線32Aを通って回
生コンデンサ31Aを充電し、回生回路3Aによって回
生される。時点t3 では一括スナバ回路2Aのコンデン
サ21Aの電流i21A が正から負に反転して回生接続回
路23Aと回生線32Cを通って回生コンデンサ31C
を充電する。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】ところで、それぞれの
回生接続回路は図4のそれぞれのスナバ回路の抵抗の代
わりに置き換えたものであり、また、図4の説明で述べ
たように、実際に製作するときのモジュール構成が考慮
されてこのような回路構成になっている。そのために図
7の上の回生コンデンサ31Cには四つの回生接続回路
14C,23C,14A,23Aが、下の回生コンデン
サ31Aには二つの回生接続回路14D,14Bが接続
される回路構成になっている。したがって、回生コンデ
ンサ31Aと回生回路3Aの容量に比べて回生コンデン
サ31Cと回生回路3Cの容量は大きくなければならな
い。それぞれごとに適した容量のものを使用すれば部品
点数が多くなり、部品の標準化のために大きい方の容量
に合わせて同じ仕様の回生回路や回生コンデンサを使用
すれば、コスト高になるという問題がある。
【0024】この発明の目的はこのような問題を解決
し、直流電源の正極側に接続される回生コンデンサと、
負極側に接続される回生コンデンサとの充電電流が同じ
になるようにして同じ仕様の回生回路と回生コンデンサ
を採用してしかもコスト高にならないようにして装置の
コストダウンに寄与することのできる電力変換装置を提
供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明によれば、二つのアームが直列接続されてな
る直列アームが二つ並列接続されて直流側回路に接続さ
れ、それぞれの直列アームの中間点から引き出された二
つの端子が交流側回路に接続されてなり、それぞれのア
ームが、自己消弧型半導体スイッチング素子、この自己
消弧型半導体スイッチング素子に逆並列に接続されたフ
リーホイーリングダイオード、この逆並列回路に並列に
接続された個別スナバ回路からなり、それぞれの直列ア
ームに並列に接続された一括スナバ回路が設けられ、個
別スナバ回路と一括スナバ回路とがそれぞれダイオード
とコンデンサの直列回路からなり、直流電源の正極側と
負極側にそれぞれ回生回路とこの回生回路の入力端子に
並列に回生コンデンサが設けられ、これら回生コンデン
サの一方の端子が直流電源の正極又は負極に接続され他
方の端子がそれぞれの回生線に接続され、回生回路の出
力端子が直流電源に並列に接続されてなり、それぞれの
スナバ回路のコンデンサとダイオードとの接続点と回生
線とが、ダイオードとリアクトルの直列回路からなる回
生接続回路を介して接続されてなる電力変換装置におい
て、直流電源の正極に接続されるアームの個別スナバ回
路に接続された回生接続回路が正極側の回生コンデンサ
の回生線に接続され、直流電源の負極に接続されるアー
ムの個別スナバ回路に接続された回生接続回路が負極側
の回生コンデンサの回生線に接続され、二つの直列アー
ムのそれぞれの一括スナバ回路のうちの一方の一括スナ
バ回路の回生接続回路が正極側の回生線に接続され、他
方の一括スナバ回路の回生接続回路が負極側の回生線路
に接続されてなることによって、直流電源の正極側の回
生線に接続される回生接続回路と負極側の回生線に接続
される回生接続回路とが平等になって、それぞれのスナ
バ回路から回生回路に回生するエネルギーが同じになる
ことから、正極側と負極側の回生回路と回生コンデンサ
とは同じ仕様のものを使用することができる。
【0026】また、二つの直列アームの一方の直列アー
ムをA、他方の直列アームをCとしたとき、直列アーム
Aを主体として構成されて一体に製作されるモジュール
をモジュールMA、直列アームCを主体として構成され
で一体に製作されるたモジュールをモジュールMCと
し、これら二つのモジュールMA,MCが別個に製作さ
れ外部で電気的、機械的に接続されて構成される請求項
1記載の電力変換装置において、直流電源の正極に接続
された回生コンデンサとこの回生コンデンサの端子電圧
が入力される回生回路をモジュールMCに含め、直流電
源の負極に接続された回生コンデンサとこの回生コンデ
ンサの端子電圧が入力される回生回路をモジュールMA
に含める。そうすると、モジュールMCとモジュールM
Aとの一方を回路図上で180度回転させれば、半導体
素子を除いて両方のモジュールは同じ回路構成になるの
で、構造的に同じものとして製作することができる。半
導体素子は180度回転させなければ対応するものが同
じ極性であるが回転させたために対応する半導体素子同
士の極性が逆になる。半導体素子には外部構造が同じで
極性が反対のものや配置を反転させるだけで極性を逆に
できるものがあるので、これらを利用して半導体素子を
除く同じ構造の二つのモジュールに、半導体素子の極性
を互いに反対にしてそれぞれ取付ければ、二つのモジュ
ールMA,MCが得られる。また、二つのモジュールを
MA1,MC1としたとき、モジュールMA1の回生線
に接続される回生接続回路をモジュールMA1に含め、
モジュールC12の回生線に接続される回生接続回路を
モジュールMC1に含め、他の回路要素は、モジュール
MAに含まれた回路要素をモジュールMA1に、モジュ
ールMCに含まれた回路要素をモジュールMC1にそれ
ぞれ含めるように構成し、それぞれの回生線を実際のモ
ジュールにおける冷却導体で構成すれば、同じモジュー
ルに含まれる回生接続回路のダイオードをこの冷却導体
に共通に取付ける構造を採用することができる。その場
合、インダクタも含めて回生接続回路全部を該当するモ
ジュールに含ませるのではなく、直列アームAに属して
モジュールMC1に含まれる回生接続回路のうちダイオ
ードだけをモジュールMC1に含めてインダクタはモジ
ュールMA1に含め、直列アームCに属してモジュール
MA1に含まれる回生接続回路のうちダイオードだけを
モジュールMA1に含めてインダクタはモジュールMC
1に含めることにしてもよい。
【0027】
【発明の実施の形態】以下この発明を実施例に基づいて
説明する。図1はこの発明の第1の実施例を示す回生機
能を持つ電力変換装置の回路図であり、図7と同じ回路
要素には同じ符号を付けて詳しい説明を省く。図1の図
7と異なる点は、図の右側の直列アームAの一括スナバ
回路2Aの回生接続回路23Aが図7では図の上の回生
線32Cに接続されているに対して、図1では下の回生
線32Aに接続されている点である。これに伴って一括
スナバ回路2Aの コンデンサ21Aとダイオード22
Aとの上下関係を反転させてある。コンデンサ21Aは
常に上が正、下が負になるように充電される、すなわ
ち、上から下の方向に充電電流が流れるから放電電流は
逆に下から上に流れる。したがって、回生接続回路23
Aのダイオード232Aは図のように下から上の方に流
れるように設けられる。当然ながらこの方向は回生線3
2Aに接続される他の回生接続回路のダイオード142
B,142Dと同じ方向である。
【0028】回生線32Cに接続される回生接続回路は
14A,14C及び23Cであり、回生線32Aに接続
される回生接続回路は14B,14D及び23Aであ
る。回生接続回路14A,14C,14B,14Dが供
給する回生エネルギーは一般に全て同じであり、回生接
続回路23A,23Cもそれぞれ同じである。したがっ
て、回生線32Cを介して回生されるエネルギーと回生
線32Aを介して回生されるエネルギーとは同じとなる
から回生コンデンサ31C,31A及び回生回路3A,
3Cの仕様はそれぞれ同じもので良い。したがって、回
生回路や回生コンデンサを1種類に標準化して部品の種
類を低減することができる。
【0029】この電力変換装置の回路構成の場合で直列
アームAとCをそれぞれ主体とするモジュールを構成し
た場合、直列アームAを主体として構成されるモジュー
ルと直列アームCを主体として構成されるモジュールと
は、回生回路、回生コンデンサ及び回生線の位置が違う
ことから、前述の図7の電力変換装置の場合と同様に二
つのモジュールは異なる構成にならざるを得ないが、こ
の実施例では更に回生接続回路23Aを回生線32Aに
接続する構成にしたために更に二つのモジュールの違い
が多くなって、二つのモジュールの構成を同じにして標
準化を計るという目的には反することになる。
【0030】図2はこの発明の第2の実施例を示す電力
変換装置の回路図であり、回路としては図1と全く同じ
であるが、実際に製作される際に二つのモジュールに組
み込まれる回路要素を区分けし、また、説明の簡易化の
ために図の右側の直列アームAを左右反転して図示して
ある。なお、以後の説明に使用しない回路要素の符号の
記載を省略してある。この図において、直列アームAは
モジュールMAを、直列アームCはモジュールMCを構
成している。この図でモジュールMAだけを180度回
転させるとモジュールMCとは半導体素子の極性の違い
を除いて同じ構成になる。
【0031】ところで、スナバ回路を必要とする装置の
自己消弧型半導体スイッチング素子は容量が大きい平型
素子が一般的に使用される。この平型素子は円板型をし
ていて両側を冷却導体で挟んで固定される。したがっ
て、この平型素子を反転することによって容易に極性を
反対にすることができる。それぞれのスナバ回路のダイ
オードは容量が小さいので例えばスタッド型素子が使用
される。スタッド型素子は陽極と陰極とで取付け構造が
違っている。例えば、一方の極が冷却導体にねじ込むボ
ルト部を持ち、他方がフレキシブルリードが接続された
構成のような場合、ボルト部を持つ側が陽極のものと陰
極のものとの両方の半導体素子が用意されている。
【0032】半導体素子はこのように、平型素子の場合
は取付けを反転するだけ、スタッド型素子の場合には同
じ構造で極性が逆の素子を使用することによって、半導
体素子の極性だけが逆でほかは同じ回路構成を持つ二つ
のモジュールの場合に、半導体素子を除いた回路要素及
び半導体素子を含む回路要素の取付け構造を同じにし
て、半導体素子を取付ける際に極性を変えることによっ
て、構造的には殆ど同じで回路的には別のモジュールを
製作することが可能である。このことから、図2のモジ
ュールMAとMCは、半導体素子やその他の回路要素を
取付ける構造及び半導体素子以外の回路要素は同じにし
て半導体素子を取付けるときの極性だけを逆にすること
によってそれぞれのモジュールを構成することができ
る。したがって、回路的には別ではあっても実質的には
標準化されたモジュールとして製作することができるこ
とから、前述の図1で述べたモジュール構成上での欠点
を解決することができる。
【0033】図3はこの発明の第3の実施例を示す電力
変換装置の回路図であり、図2との違いは二つのモジュ
ールに含める回路要素を変えた点である。すなわち、図
2ではモジュールMAに含まれていたダイオード142
AをモジュールMC1に、モジュールMCに含まれてい
たダイオード142DをモジュールMA1にそれぞれ含
ませた点である、それ以外の回路要素は、図2における
モジュールMAのそれはモジュールMA1に、モジュー
ルMCのそれはモジュールMC1にそれぞれ含ませる。
このようにすることによって次のような利点がある。
【0034】図2においてモジュールMAにあったダイ
オード142AをモジュールMC1に含めると、図2に
おいてすでにモジュールMCに含まれていたダイオード
142Cと共通の冷却構造を採用することができる。す
なわち、これら二つのダイオード142A,142Cは
同じ仕様のものが使えることと、これらの陽極側が回生
線32Cに接続されて同電位になっていることから、回
生線32Cに相当する導体を冷却導体とすれば前述のよ
うにダイオード142C,142Aをこの冷却導体にま
とめて取付ける構造を採用することができる。もちろ
ん、ダイオード232Cも仕様が異なる可能性はあるが
陽極側がダイオード142C,142Aと同じであるこ
とを利用して共通の冷却導体に取付ける構造を採用する
こともできる。ちなみに、図1の場合、ダイオード14
2AはモジュールMAに含まれていて、このダイオード
142Aと陽極側、陰極側ともに同じ配線に接続される
ダイオードはないからこのダイオード142Aは単独で
冷却導体に取付ける構造を採用するしかない。
【0035】冷却導体を共通にすることができれば、冷
却構造、配線構造が簡素化されることによるコストダウ
ンが期待できる。図3の電力変換装置では回生接続回路
の中のダイオードだけを別のモジュールに含ませる構成
としたのであるが、インダクタも含めた回生接続回路を
別のモジュールに含ませる構成を採用することもでき
る。こうすることによる効果は特にないが不利な点も特
にないのでどちらを採用するかはこの発明とは関係しな
い要素によって決定される。
【0036】
【発明の効果】この発明は前述のように、直流電源の正
極に接続されるアームの個別スナバ回路に接続された回
生接続回路を正極側の回生コンデンサの回生線に接続
し、直流電源の負極に接続されるアームの個別スナバ回
路に接続された回生接続回路を負極側の回生コンデンサ
の回生線に接続し、二つの直列アームのそれぞれの一括
スナバ回路のうちの一方の一括スナバ回路の回生接続回
路を正極側の回生線に接続し、他方の一括スナバ回路の
回生接続回路を負極側の回生線路に接続して構成するこ
とによって、直流電源の正極側の回生線に接続される回
生接続回路と負極側の回生線に接続される回生接続回路
とが平等になって、それぞれのスナバ回路から回生回路
に回生するエネルギーが同じになるので、正極側と負極
側の回生回路と回生コンデンサとは同じ仕様のものを使
用することができることから、部品種類の数が低減して
標準化とこれに伴う装置のコストダウンに寄与するとい
う効果が得られる。
【0037】また、この電力変換装置を、二つの直列ア
ームの一方の直列アームをA、他方の直列アームをCと
したとき、直列アームAを主体として構成されて一体に
製作されるモジュールをモジュールMA、直列アームC
を主体として構成されて一体に製作されるモジュールを
モジュールMCとし、これら二つのモジュールMA,M
Cを別個に製作して外部で電気的、機械的に接続して構
成することとし、直流電源の正極に接続された回生コン
デンサとこの回生コンデンサの端子電圧が入力される回
生回路をモジュールMCに含め、直流電源の負極に接続
された回生コンデンサとこの回生コンデンサの端子電圧
が入力される回生回路をモジュールMAに含める。そう
すると、モジュールMCとモジュールMAとのどちらか
一方を回路図上で180度回転させれば、半導体素子を
別にして両方のモジュールは同じ回路構成になるので、
構造的に同じものとして製作することができる。半導体
素子は180度回転させなければ対応するもの同士が同
じ極性であるが回転させたために対応する半導体素子同
士の極性が逆になる。半導体素子には外部構造が同じで
極性が反対のものや配置を反転させるだけで極性を逆に
できるものがあるので、これらを利用して半導体素子を
除く同じ構造の二つのモジュールに、それぞれ半導体素
子の極性を互いに反対にして取付ければ、回路上異なる
二つのモジュールが得られるので、実質的には同じ構造
のモジュールとなり部品点数が更に低減する。また、二
つのモジュールをMA1,MC1としたとき、モジュー
ルMA1の回生線に接続される回生接続回路をモジュー
ルMA1に含め、モジュールMC1の回生線に接続され
る回生接続回路をモジュールMC1に含め、他の回路要
素は、モジュールMAに含まれた回路要素をモジュール
MA1に、モジュールMCに含まれた回路要素をモジュ
ールMC1にそれぞれ含めることにし、それぞれの回生
線を実際のモジュールにおける冷却導体で構成すれば、
同じモジュールに含まれる回生接続回路のダイオードを
この冷却導体に共通に取付ける構造を採用することがで
きるのでモジュールの構造が簡素になり、かつ部品点数
が低減する。その場合、インダクタも含めて回生接続回
路全部を該当するモジュールに含ませるのではなく、直
列アームAに属してモジュールMC1に含まれる回生接
続回路のうちのダイオードだけをモジュールMC1に含
めてインダクタはモジュールMA1に含め、直列アーム
Cに属してモジュールMA1に含まれる回生接続回路の
うちダイオードだけをモジュールMA1に含めてインダ
クタはモジュールMC1に含めることにしても前述と同
じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す電力変換装置の
回路図
【図2】図1の電力変換装置のモジュール構成を示す回
路図
【図3】図2とは異なる図1の電力変換装置のモジュー
ル構成を示す回路図
【図4】回生機能を持たない従来の電力変換装置の回路
【図5】図4の電力変換装置の一つの素子がターンオフ
する時の電流、電圧の波形図
【図6】図4の電力変換装置の一つの素子がターンオン
する時の電流、電圧の波形図
【図7】回生機能を持つ従来の電力変換装置の回路図
【図8】図7の電力変換装置の一つの素子がターンオフ
する時の電流、電圧の波形図
【図9】図7の電力変換装置の一つの素子がターンオン
する時の電流、電圧の波形図
【符号の説明】
A,C,E,F…直列アーム、1A,1B,1C,1
D,1E,1F,1G,1H…アーム、11A,11
E,11F,11G,11H…自己消弧型半導体スイッ
チング素子、12A,12E,12F…フリーホイーリ
ングダイオード、13A,13E,13F…個別スナバ
回路、2A,2E…一括スナバ回路、3A,3C…回生
回路、31A,31C…回生コンデンサ、32A,32
C…回生線、14A,14B,14C,14D,23
A,23C…回生接続回路、MA,MA1,MC,MC
1…モジュール、4A,4C…アノードリアクトル、5
…直流電源、6…負荷

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二つのアームが直列接続されてなる直列ア
    ームが二つ並列接続されて直流側回路に接続され、それ
    ぞれの直列アームの中間点から引き出された二つの端子
    が交流側回路に接続されてなり、それぞれのアームが、
    自己消弧型半導体スイッチング素子、この自己消弧型半
    導体スイッチング素子に逆並列に接続されたフリーホイ
    ールダイオード、この逆並列回路に並列に接続された個
    別スナバ回路からなり、それぞれの直列アームに並列に
    接続された一括スナバ回路が設けられ、個別スナバ回路
    と一括スナバ回路とがそれぞれダイオードとコンデンサ
    の直列回路からなり、直流電源の正極側と負極側にそれ
    ぞれ回生回路とこの回生回路の入力端子に並列に回生コ
    ンデンサが設けられ、これら回生コンデンサの一方の端
    子が直流電源の正極又は負極に接続され他方の端子がそ
    れぞれの回生線に接続され、回生回路の出力端子が直流
    電源に並列に接続されてなり、それぞれのスナバ回路の
    コンデンサとダイオードとの接続点と回生線とが、ダイ
    オードとリアクトルの直列回路からなる回生接続回路を
    介して接続されてなる電力変換装置において、直流電源
    の正極に接続されるアームの個別スナバ回路に接続され
    た回生接続回路が正極側の回生コンデンサの回生線に接
    続され、直流電源の負極に接続されるアームの個別スナ
    バ回路に接続された回生接続回路が負極側の回生コンデ
    ンサの回生線に接続され、二つの直列アームのそれぞれ
    の一括スナバ回路のうちの一方の一括スナバ回路の回生
    接続回路が正極側の回生線に接続され、他方の一括スナ
    バ回路の回生接続回路が負極側の回生線路に接続されて
    なることを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】二つの直列アームの一方の直列アームを
    A、他方の直列アームをCとしたとき、直列アームAを
    主体として構成されて一体に製作されるモジュールをモ
    ジュールMA、直列アームCを主体として構成されて一
    体に製作されるモジュールをモジュールMCとし、これ
    ら二つのモジュールMA,MCが別個に製作された上で
    電気的、機械的に接続されて構成される請求項1記載の
    電力変換装置において、 直流電源の正極に接続された回生コンデンサとこの回生
    コンデンサの端子電圧が入力される回生回路をモジュー
    ルMCに含め、直流電源の負極に接続された回生コンデ
    ンサとこの回生コンデンサの端子電圧が入力される回生
    回路をモジュールMAに含め、半導体素子を除いてモジ
    ュールMCとモジュールMAとの一方を回路上で180
    度回転させた状態で同じ構造とし、半導体素子の極性を
    互いに反対にして取付けることを特徴とする電力変換装
    置。
  3. 【請求項3】二つのモジュールをMA1,MC1とした
    とき、モジュールMA1の回生線に接続される回生接続
    回路をモジュールMA1に含め、モジュールMC1の回
    生線に接続される回生接続回路をモジュールMC1に含
    め、他の回路要素は、モジュールMAに含まれた回路要
    素をモジュールMA1に、モジュールMCに含まれた回
    路要素をモジュールMC1に、それぞれ含めてなること
    を特徴とする請求項2記載の電力変換装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載の電力変換装置の、直列アー
    ムAに属してモジュールMC1に含まれる回生接続回路
    のうちのダイオードだけをモジュールMC1に含めてイ
    ンダクタはモジュールMA1に含め、直列アームCに属
    してモジュールMA1に含まれる回生接続回路のうちの
    ダイオードだけをモジュールMA1に含めてインダクタ
    はモジュールMC1に含めてなることを特徴とする電力
    変換装置。
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