WO2020178877A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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bypass
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main circuit
conductors
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公之 小柳
優志 重満
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三菱電機株式会社
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

Definitions

  • the present application relates to a power conversion device in which a plurality of cell converters are connected in series.
  • a multi-level converter is being put into practical use.
  • a plurality of cell converters are connected in series between the AC terminals U, V, W and the DC terminals P, N, and the AC terminals U, are controlled by the on/off control of the semiconductor switching elements included in the converter cells.
  • a multi-level converter having a circuit configuration for generating an AC voltage at V and W and a DC voltage at DC terminals P and N is disclosed.
  • Such a bypass section may be exposed to severe conditions such as overcurrent due to its closing operation, and if damaged by this severe use, it may not be possible to reliably bypass the abnormal cell converter. .. Therefore, the applicant, when the abnormality of the cell converter is detected, closes the bypass section, and at the same time as closing the bypass section, or before the closed circuit of the bypass section is established, a plurality of Among the semiconductor elements, a technique has been created in which a semiconductor element selected so as to continuously form a current path that does not include the bypass portion is turned on in parallel with the bypass portion (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 2 when the abnormality of the cell converter is detected, the bypass unit is closed, and at the same time as or before the bypass unit is closed, a plurality of semiconductor elements are formed until the closed circuit of the bypass element is established.
  • the semiconductor element selected so as to continuously form the current path not including the bypass section is turned on in parallel with the bypass section.
  • the present application discloses a technique for solving the above problems, and when a double abnormality occurs in a cell converter, prevents a bypass portion that closes its output terminal from being damaged due to the closing operation, and operates. It is an object of the present invention to obtain a power conversion device that enables continuation of.
  • the power conversion device disclosed in the present application is a power conversion device in which a plurality of cell converters that perform power conversion are connected in series, and each of the cell converters includes a switching element, a capacitor, and the switching element.
  • a main circuit conductor that connects the capacitor, two external terminals that connect to the other cell converter, a bypass section that is arranged between the two external terminals and is bypass-connected, and the two external terminals.
  • a first conductor part that connects one of the main circuit conductor and the bypass part to each other; and a second conductor part that connects the other of the two external terminals to the main circuit conductor and the bypass part.
  • the first and second conductor portions are in the first direction between the main circuit conductor and the bypass portion, with respect to a first direction which is a path from the main circuit conductor to the bypass portion.
  • a second portion of the first conductor portion that is configured to have a bent shape and that has a portion that extends in a second direction that is a direction that intersects with each other.
  • a second portion of the conductor portion extending in the second direction are provided so as to at least partially overlap each other in a third direction intersecting the first and second directions, and The current flows in the same direction in the first part and the second part when the current flows to the bypass part.
  • the power conversion device disclosed in the present application it is possible to suppress an overcurrent flowing in the bypass section and realize a highly reliable power conversion device. As a result, it is possible to obtain a small and inexpensive power conversion device that can continue operation even if a double abnormality occurs in any of the cell converters without increasing the size of the cell converter.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing the configuration of a power conversion device according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram showing a configuration of a cell converter of the power conversion device according to the first embodiment. It is a schematic circuit diagram showing a bypass current path in a plurality of cell converters connected in series. It is a schematic circuit diagram which shows the bypass part short circuit current path inside a cell converter.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an internal arrangement of the cell converter according to the first embodiment. It is a schematic circuit diagram which shows the path
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing the arrangement of external output conductors in the cell converter according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic shape of an external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an external output conductor for comparison with the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another schematic shape of the external output conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic shape of a bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another schematic shape of the bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another schematic shape of the bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another schematic shape of the bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another schematic shape of the bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another schematic shape of the bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a bypass connection conductor for comparison with the bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another schematic shape of the bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing another schematic shape of the bypass connection conductor according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a main circuit configuration of a power conversion device according to the first embodiment.
  • a circuit configuration in which converter cells are connected in series is generally called a cascade converter, MMC (Modular Multilevel Converter), chain connection converter, or the like. In short, it is a converter connected in series.
  • MMC Modular Multilevel Converter
  • the converter cell which will be described later, is defined to be composed of two or more semiconductor elements and one or more energy storage elements.
  • FIG. 1 a plurality of cell converters 100 are connected in series between AC terminals U, V, W and DC terminals P, N, and reactors 300P, 300N are provided between them.
  • This FIG. 1 is merely an example, and may have a circuit configuration in which converter cells are connected in series.
  • the reactors 300P and 300N of each phase may be magnetically coupled to form one reactor.
  • the reactor may be concentrated on the negative electrode side (DC terminal N side).
  • a parasitic inductance such as a wiring inductance may be used instead of the reactor.
  • FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing a configuration of the cell converter 100, which is obtained by cutting out a part of the cell converter 100 connected in series from the power conversion device shown in FIG. 1.
  • the cell converter 100a is shown as a representative circuit diagram.
  • the low potential side of the switching element 1a and the high potential side of the switching element 1b are connected in series to form a bridge.
  • the capacitor 2 is connected to the high potential side of the switching element 1a and the low potential side of the switching element 1b, and stores and supplies DC energy according to the operation of the power converter.
  • the positive terminal of the capacitor 2 and the high potential terminal of the switching element 1a are connected by the main circuit conductor 3a on the high potential side, and the negative terminal of the capacitor 2 and the low potential side of the switching element 1b are connected to the main circuit conductor 3b on the low potential side.
  • the external terminal X1 of the cell converter 100a is electrically connected to the external terminal X2 of the adjacent cell converter 100b by a conductor outside the housing, and the external terminal X2 of the cell converter 100a is external to the adjacent cell converter 100c. It is electrically connected to the terminal X1 by a conductor or the like outside the housing. With these, the cell converters 100a to 100c are connected in series, and the multilevel converter which is the power converter shown in FIG. 1 is configured.
  • the first external output conductor 5a that connects the connection point between the low potential side of the switching element 1a and the high potential side of the switching element 1b and the external terminal X1 on the high potential side, the low potential side of the switching element 1b, and the low A bypass unit 4 is provided between the external terminal X2 on the potential side and the second external output conductor 5b, which is closed when the cell converter fails and allows the power converter to continue operating.
  • the first external output conductor 5a and the first bypass connecting conductor 6a connecting the first external output conductor 5a and the high potential side of the bypass portion 4 form a first conductor portion 10a.
  • the second external output conductor 5b and the second bypass connection conductor 6b connecting the second external output conductor 5b and the low potential side of the bypass part 4 constitute a second conductor part 10b.
  • FIG. 3 is a diagram showing a bypass current path in the circuit diagram of FIG.
  • the bypass unit 4 When an abnormality occurs in the cell converter 100a, the bypass unit 4 is closed. That is, when a current flows downward from the cell converter 100b to the cell converter 100a and the cell converter 100c, the current enters the cell converter 100a from the external terminal X1 of the cell converter 100a as shown by the thick line and bypasses. A current is output from the external terminal X2 through the portion 4 and the current flows to the cell converter 100c.
  • FIG. 4 is a diagram showing a bypass section short-circuit current path inside the cell converter in the circuit diagram of FIG.
  • the bypass section 4 is closed to form the current bypass path shown in FIG.
  • a double abnormality occurs in which the switching element 1b does not turn on while the switching element 1a has a short circuit failure.
  • the energy accumulated in the capacitor 2 becomes an overcurrent and flows into the bypass section 4 through the circulation path shown by the thick line in the figure.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the internal arrangement of the cell converter 100a.
  • 5A is a front view and FIG. 5B is a right side view.
  • each component forming the cell converter 100a is housed in a housing 200.
  • the external terminals X1 and X2 are attached to the front surface of the housing 200.
  • the first external output conductor 5a connected to the external terminal X1 extends in the depth direction of the housing 200 and is connected to the main circuit conductor 3a via a connection point (not shown) between the switching element 1a and the switching element 1b.
  • the second external output conductor 5b connected to the external terminal X2 extends in the depth direction of the housing 200 and is connected to the main circuit conductor 3b.
  • the first external output conductor 5a has a high potential
  • the second external output conductor 5b has a low potential
  • the directions of the currents are opposite, and they are arranged to face each other in the vertical direction.
  • the main circuit conductor 3a is connected to the high potential side terminal of the switching element 1a and the high potential side terminal (positive terminal) of the capacitor 2 and has a high potential.
  • the main circuit conductor 3b is connected to the low potential side terminal of the switching element 1b and the low potential side terminal (negative terminal) of the capacitor 2 and has a low potential.
  • the main circuit conductor 3a and the main circuit conductor 3b are arranged so as to face each other in the horizontal direction so that the directions of the currents flowing through the switching element 1a and the switching element 1b are opposite to each other.
  • One end of the first bypass connection conductor 6a is connected to the middle of the first external output conductor 5a, and the other end is connected to the high potential side of the bypass section 4.
  • the first bypass connection conductor 6a and the second bypass connection conductor 6b have currents in opposite directions, and are arranged to face each other in the horizontal direction.
  • Mode 1 When current is input from the external terminal X1 to turn on the switching element 1b As shown by the solid line and arrow in FIG. 6A, the current is the first external output conductor 5a, the switching element 1b, and the second external output. It passes through the conductors 5b in this order and is output from the external terminal X2.
  • Mode 2 When current is input from the external terminal X1 and the switching element 1b is not turned on As shown by the solid line and arrow in FIG. 6B, the current is the first external output conductor 5a, the diode portion of the switching element 1a, and the main circuit.
  • Mode 3 When current is input from the external terminal X2 to turn on the switching element 1a As shown by the solid line and arrow in FIG. 6C, the current is the second external output conductor 5b, the main circuit conductor 3b, the capacitor 2, the main It passes through the circuit conductor 3a, the switching element 1a, and the first external output conductor 5a in this order, and is output from the external terminal X1.
  • Mode 4 When current is input from the external terminal X2 and the switching element 1a is not turned on As shown by the solid line and arrow in FIG. 6D, the current is the second external output conductor 5b, the diode portion of the switching element 1b, and the first Through the external output conductor 5a in this order and output from the external terminal X1.
  • Mode 5 The current is input from the external terminal X1, and the first external output conductor 5a, the first bypass connection conductor 6a, the bypass section 4, the second bypass connection conductor 6b, and the second external output conductor 5b are input. It passes through in sequence and is output from the external terminal X2.
  • Mode 6 Current is input from the external terminal X2, and the second external output conductor 5b, the second bypass connection conductor 6b, the bypass section 4, the first bypass connection conductor 6a, and the first external output conductor 5a are input. It passes through in order and is output from the external terminal X1 (the direction of the current in mode 5 is opposite).
  • Mode 7 Capacitor 2, main circuit conductor 3a, switching element 1a, first external output conductor 5a, first bypass connection conductor 6a, bypass section 4, second bypass connection conductor 6b, second external output
  • the conductor 5b, the main circuit conductor 3b, and the capacitor 2 circulate in this order.
  • the connection between the main circuit conductor 3a and the first bypass connecting conductor 6a in the first conductor portion 10a The direction of the current flowing through the first external output conductor 5a and the first external output conductor 5a between the main circuit conductor 3b and the connection of the second bypass connection conductor 6b in the second conductor portion 10b is the direction of the first external output conductor 5a.
  • the shapes of the first external output conductor 5a and the second external output conductor 5b were made into a bent shape so as to provide portions that are spatially in the same direction.
  • the bent shape includes a bent shape bent in a polygonal line and a curved shape bent in a curved shape.
  • FIG. 7 is a schematic view showing the arrangement of the external output conductor in the cell transducer according to the present embodiment, and is viewed from diagonally upward and forward in FIG. 5, that is, in the A direction of the arrows in FIGS. 5A and 5B, respectively. It is the perspective view seen from.
  • the first external output conductor 5a and the second external output conductor 5b are plate-shaped conductors having a predetermined width and thickness, and are arranged so as to face each other in the vertical direction and are bent.
  • One end of the first external output conductor 5a is connected to the external terminal X1, the other end is connected to the main circuit conductor 3a (not shown), and is connected to the bypass portion 4 (not shown) in the middle.
  • the bypass connection conductor 6a is connected.
  • the second external output conductor 5b is spaced apart below the first external output conductor 5a, one end is connected to the external terminal X2, the other end is connected to the main circuit conductor 3b (not shown), and in the middle.
  • a second bypass connection conductor 6b connected to the bypass section 4 (not shown) is connected to the.
  • the first bypass connecting conductor 6a and the second bypass connecting conductor 6b are arranged so as to have parallel portions with each other.
  • FIGS. 8A to 8G for explaining the first external output conductor 5a and the second external output conductor 5b according to the first embodiment below, the first external output conductor 5a and the second external output conductor of FIG. 7 are described.
  • 5b will be described as a schematic plan view (top view) developed in the directions of the arrows xa and xb in the x direction, respectively.
  • FIG. 8A is a diagram showing a schematic shape of an external output conductor obtained by developing a perspective view of FIG. 7 in a plane.
  • arrows 12a, 12b, and 12c indicate the directions in which the current flows, and indicate the directions when the current flows from the high potential side to the low potential side of the bypass section 4.
  • Connection points with the main circuit conductors 3a and 3b are shown separated from each other in the figure, and connection points with the bypass connection conductors 6a and 6b are also shown separated from each other.
  • the first external output conductor 5a is composed of a bent conductor 7a
  • the second external output conductor 5b is composed of a bent conductor 7b.
  • One end of the first external output conductor 5a is connected to the external terminal X1, the other end is connected to the main circuit conductor 3a, and is connected to one end of the first bypass connecting conductor 6a in the middle, so that the first bypass connecting conductor 6a
  • the other end of the bypass portion 4 is connected to the high potential side of the bypass portion 4.
  • One end of the second external output conductor 5b is connected to the external terminal X2, the other is connected to the main circuit conductor 3b, and is connected to one end of the second bypass connecting conductor 6b in the middle of the second bypass connecting conductor 6b. The other end is connected to the low potential side of the bypass portion 4.
  • the first external output conductor 5a has a second direction perpendicular to the first direction (y direction, depth direction of the housing 200) parallel to the arrow 12a, which is the direction of the path from the main circuit conductor 3a to the external terminal X1. It has a first portion 11a formed by being stretched along a direction (x direction), and similarly, the second external output conductor 5b is along a second direction perpendicular to the first direction. It has the 2nd part 11b extended and formed. Furthermore, at least a part of the first portion 11a provided on the first external output conductor 5a is not affected by the second external force in the third direction (z direction in FIG. 7) which is perpendicular to both the first and second directions. It is provided so as to overlap with the second portion 11b of the output conductor 5b.
  • the first portion 11a and the second portion 11b have the same current direction 12b, and are arranged so as to be adjacent to and face each other in the third direction (z direction). Further, the first portion 11a is provided in a plate shape so as to have the first surface 13a, and the second portion 11b is provided in a plate shape so as to have the second surface 13b. The second surface 13b is parallel to the third direction, and the first portion 11a and the second portion 11b are arranged so as to be adjacent to each other in the direction parallel to the first surface 13a and the second surface 13b. Has been done.
  • FIG. 8B shows the bent shape in FIG. 8A formed by bending a plate-shaped conductor, the first external output conductor 5a being a curved conductor 8a, and the second external output conductor 5b being a curved conductor 8b.
  • the first outer output conductor 5a and the second outer output conductor 5b are respectively formed with the first portion 11a and the first surface which are formed to extend along the second direction (x direction). 13a and a second portion 11b formed by being stretched along the second direction and a second surface 13b, and a current is spatially generated on the first surface 13a and the second surface 13b. Flow in the same direction.
  • the operation other than the shapes of the first and second external output conductors is the same as in FIG. 8A.
  • FIG. 8A shows the external output conductor in which one plate-shaped conductor is bent to form a bent shape, but in FIG. 8C, the first and second external output conductors 5a and 5b are rectangular U-shaped. (U-shaped) Conductors 9a, L-shaped conductors 9b, rectangular S-shaped conductors 9c, and linear conductors 9e are connected to form a bent shape similar to the bent-shaped conductors 7a and 7b of FIG. 8A. doing.
  • the bent conductors 7a and 7b in FIG. 8A are difficult to process because they are formed of one conductor, but a similar shape can be obtained by combining a plurality of conductors that are easily processed. Except for the shape of the external output conductor, the operation is similar to that of FIG. 8A.
  • FIG. 8D is a modification of FIG. 8C, in which the first and second external output conductors 5a and 5b are connected to the L-shaped conductor 9b and the rectangular S-shaped conductor 9c to form the bent conductors 7a and 7b. It has a similar bent shape.
  • the types of shape conductors used can be reduced from four types to two types. Except for the shape of the external output conductor, the operation is similar to that of FIG. 8A.
  • FIG. 8E is a modification of FIG. 8D, in which the rectangular S-shaped conductor 9c is replaced with a rectangular U-shaped conductor 9a.
  • the rectangular U-shaped conductor 9a is attached so that the flat surface portion of the first external output conductor 5a approaches the lower side, that is, the second external output conductor 5b, and the rectangular U-shaped conductor of the second external output conductor 5b is attached.
  • the plane portion of the conductor 9a is attached so as to face the upper side, that is, the first outer output conductor 5a. Except for the shape of the external output conductor, the operation is similar to that of FIG. 8A.
  • FIG. 8B shows the external output conductor in which one plate-shaped conductor is curved to form a bent shape, but in FIG. 8F, the first and second external output conductors 5a and 5b are U-shaped conductors 9d, The L-shaped conductor 9b, the rectangular U-shaped conductor 9a, the rectangular S-shaped conductor 9c, and the linear conductor 9e are connected to form a curved shape similar to the curved conductors 8a and 8b of FIG. 8B.
  • the curved conductors 8a and 8b are difficult to process because they are formed of one conductor, but a similar shape can be obtained by combining a plurality of conductors of simple processing. Except for the shape of the external output conductor, the operation is similar to that of FIG. 8A.
  • FIG. 8G shows an external output conductor having a linear shape.
  • the first outer output conductor 105a and the second outer output conductor 105b have a linear shape.
  • One end of the external output conductor 105a is connected to the external terminal X1, the other end is connected to the main circuit conductor 103a, and is halfway connected to one end of the first bypass connection conductor 106a, and the other end of the first bypass connection conductor 106a. Is connected to the high potential side of the bypass section 104.
  • One end of the second external output conductor 105b is connected to the external terminal X2, the other end of the second external output conductor 105b is connected to the main circuit conductor 103b, and is connected to the second bypass connecting conductor 106b on the way, and the other of the second bypass connecting conductor 106b. The end is connected to the low potential side of the bypass section 104.
  • the currents of the first outer output conductor 105a and the second outer output conductor 105b have opposite flows as indicated by arrows, and are arranged to face each other.
  • the function and effect of the shape of the external output conductor according to the present embodiment shown in FIGS. 8A to 8F will be described in comparison with FIG. 8G.
  • the first outer output conductor 105a and the second outer output conductor 105b are linear, and the first bypass connection conductor 106a and the main circuit conductor 103a and the second bypass connection conductor 106b and the main The connection with the circuit conductor 103b is the shortest. Therefore, the self-inductance (Lc0) of the first external output conductor 105a and the self-inductance (Ld0) of the second external output conductor 105b are small.
  • the combined inductance L0 is represented by the following equation (1).
  • L0 Lc0+Ld0-2M (1)
  • the combined inductance L1 is expressed by the following equation (2).
  • L1 Lc1+Ld1+2M (2) It can be seen that L1> L0. That is, since the combined inductance increases more than in the conventional case, the short-circuit current shown by the thick line in FIG.
  • the main circuit conductor 3a and the main circuit conductor 3b are described so as to face each other, but they are arranged as shown in the drawing and negative between the main circuit conductor 3a and the main circuit conductor 3b. It is preferable to generate mutual inductance to reduce the inductance.
  • the main circuit conductor 3a and the main circuit conductor 3b have high inductance, a high voltage is applied to the switching elements 1a and 1b during normal operation, which is not preferable.
  • the inductance is low, the short circuit current becomes larger, but the configuration of the present embodiment can suppress the short circuit current.
  • FIGS. 7 and 8A to 8F an example in which the second direction is perpendicular to the first direction is shown.
  • the second direction intersects with the first direction, it is a vertical direction. It doesn't have to be. It suffices that the current flowing in the second direction has a component in the direction perpendicular to the first direction.
  • the component in the same direction of the current may be made larger than the component in the opposite direction.
  • the third term of Expression (2) becomes positive, and the short-circuit current is suppressed before flowing into the bypass section 4.
  • FIG. 8H is a modification of FIG. 8A.
  • FIG. 8H shows that the second direction is the direction of arrow 12d in the first external output conductor 5a, and the arrow in the second external output conductor 5b. It is the figure which showed that the bending shape was formed so that it might become the direction of 12e.
  • Each of the arrows 12d and 12e is within an angle range of, for example, 30 degrees from the arrow 12b. The angle between the arrow 12d and the arrow 12e is within 60 degrees, for example.
  • the first portion 11a and the second portion 11b can exert the effect of the components having the same current direction 12b, and the first surface 13a and the second portion of the first portion 11a have. 11b and the parallel component of the second surface 13b, that is, the effect of reducing the electromagnetic repulsive force when a short-circuit current flows through the bypass section 4 can be achieved.
  • FIG. 8I is another modification of FIG. 8A.
  • a bent shape is formed in the direction of arrow 12d.
  • the arrow 12d is, for example, within the angle range of 45 degrees from the arrow 12b.
  • the first portion 11a and the second portion 11b can exert the effect by the component of the same current direction 12b, and the first surface 13a and the second portion 11a of the first portion 11a have the same effect.
  • the second surface 13b of the part 11b is parallel to each other, and it is possible to reduce the influence of the electromagnetic repulsive force when a short-circuit current flows through the bypass section 4.
  • the second direction intersects with the first direction, it does not need to be the vertical direction, and the second direction It suffices that the current flowing through has a component in a direction perpendicular to the first direction.
  • the second direction does not have to be a direction perpendicular to the first direction, but is a direction intersecting at an angle within a predetermined range, and the same current of the component in the direction perpendicular to the first direction is the same.
  • the component in the same direction as the current may be made larger than the component in the opposite direction.
  • the switching elements 1a and 1b, the substrate for driving the bypass section 4 and the power source are present in the space from the installation location of the bypass section 4 to the outer case 200 of the cell converter. Therefore, by adopting a configuration in which a positive mutual inductance (+M) is generated, the lateral length of the external output conductor is extended from the installation location of the bypass portion 4 to the space located outside in order to increase the self-inductance. There is no need, and the external output conductor can be miniaturized.
  • the shape of the second external output conductor 5b between the connection with the bypass connecting conductor 6b of the above is configured to have a bent shape
  • the main circuit conductors 3a and 3b and the first and second bypass connecting conductors 6a, 6b has a first portion and a second portion which are respectively extended in a direction of a path for connection with 6b, that is, a direction perpendicular to a depth direction of the housing, and the first and second portions are spatially at least overlapped with each other.
  • the directions of the currents in the first and second parts are set to be in the same direction. Therefore, by increasing the inductance, the excess current flowing in the bypass part 4 is caused. A current can be suppressed and a highly reliable power conversion device can be realized.
  • the bent shape of each of the external output conductors 5a and 5b can be arranged by utilizing the space in the housing. Thus, it is possible to obtain a small-sized and inexpensive power conversion device that enables continuous operation.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, in the above-described mode 7, when the current path of FIG. 4 is obtained, the first conductor portion 10a is connected between the main circuit conductor 3a and the first bypass connection conductor 6a.
  • the direction of the current flowing through the first external output conductor 5a between the first external output conductor 5a and the connection between the main circuit conductor 3b and the second bypass connection conductor 6b of the second conductor portion 10b is space.
  • the shapes of the first external output conductor 5a and the second external output conductor 5b are set so that the portions that are in the same direction are provided.
  • the directions of the currents flowing in the first bypass connection conductor 6a of the first conductor portion 10a and the second bypass connection conductor 6b of the second conductor portion 10b are spatially arranged.
  • the shapes of the first bypass connection conductor 6a and the second bypass connection conductor 6b were made into a bent shape so as to provide portions that would be in the same direction.
  • the bent shape includes a bent shape bent in a polygonal line shape and a curved shape bent in a curved shape, as in the first embodiment.
  • FIGS. 9A to 9G for explaining the first bypass connecting conductor 6a and the second bypass connecting conductor 6b according to the second embodiment below, the first external output conductor 5a and the second external output conductor of FIG. 7 are described.
  • 5b is of FIG. 8G, respectively, and in the right side view of FIG. 5B, the first bypass connecting conductor 6a and the second bypass connecting conductor 6b shown in an overlapping manner are shown by arrows y1 and y2 in the y direction of FIG. 7, respectively.
  • the first bypass connection conductor 6a is composed of a bent conductor 7a
  • the second bypass connection conductor 6b is composed of a bent conductor 7b.
  • One end of the first bypass connecting conductor 6a is connected to the first external output conductor 5a, and the other end is connected to the high potential side of the bypass portion 4.
  • One end of the second bypass connection conductor 6b is connected to the second external output conductor 5b, and the other end is connected to the low potential side of the bypass section 4.
  • the first bypass connecting conductor 6a is a direction perpendicular to the first direction (z direction in FIG. 7) parallel to the arrow 12a, which is the direction of the path from the first external output conductor 5a to the high potential side of the bypass portion 4. It has a first portion 11a formed by being stretched along a second direction (the y direction in FIG. 7), and similarly, the second bypass connecting conductor 6b is from the second external output conductor 5b. It has the 2nd part 11b extended
  • first portion 11a of the first bypass connection conductor 6a has a second bypass connection conductor in a third direction (x direction in FIG. 7) which is perpendicular to both the first and second directions. It is provided so as to overlap the second portion 11b of 6b.
  • first portion 11a of the first bypass connecting conductor 6a and the second portion 11b of the second bypass connecting conductor 6b have the same current directions indicated by the arrows 12b, which are the second directions. , Are arranged to face each other next to each other in the third direction. Further, the first portion 11a is provided in a plate shape so as to have a first surface 13a, and the second portion 11b is provided in a plate shape so as to have a second surface 13b, and the first surface 13a and The second surface 13b is parallel to the third direction, respectively, and the first portion 11a and the second portion 11b are arranged so as to be adjacent to each other in the direction parallel to the first surface 13a and the second surface 13b. Has been done.
  • the first bypass connection conductor 6a is connected to the bypass portion 4 and the first external output conductor 5a, and the second At the portion where the bypass connection conductor 6b is connected to the bypass section 4 and the second external output conductor 5b, it is possible to reduce the influence of electromagnetic repulsive force when a short-circuit current flows through the bypass section 4. This makes it possible to suppress deformation of the first bypass connection conductor 6a, the second bypass connection conductor 6b, the first external output conductor 5a, and the second external output conductor 5b.
  • the bent shape in FIG. 9A is formed by bending a plate-shaped conductor, the first bypass connecting conductor 6a is a curved conductor 8a, and the second bypass connecting conductor 6b is a curved conductor 8b.
  • the first portion 11a and the first surface formed by being stretched along the second direction (y direction) on the first bypass connecting conductor 6a and the second bypass connecting conductor 6b, respectively. It has a second portion 11b and a second surface 13b formed by being stretched along the 13a and the second direction, and a current is spatially generated in the first surface 13a and the second surface 13b. Flow in the same direction.
  • the operation other than the shape of the bypass connection conductor is the same as that in FIG. 9A.
  • FIG. 9A shows the bypass connection conductor in which one plate-shaped conductor is bent to form a bent shape, but in FIG. 9C, the first and second bypass connection conductors 6a and 6b are rectangular U-shaped.
  • the (U-shaped) conductor 9a, the L-shaped conductor 9b, and the linear conductor 9e are connected to form a bent shape similar to the bent conductors 7a and 7b in FIG. 9A.
  • the bent conductors 7a and 7b in FIG. 9A are difficult to process because they are formed by one conductor, but a similar shape can be obtained by combining a plurality of conductors that are easily processed.
  • the operation is the same as that of FIG. 9A except for the shape of the bypass connection conductor.
  • FIG. 9D is a modification of FIG. 9C, in which the first and second bypass connecting conductors 6a and 6b are connected to the rectangular S-shaped conductors 9c to form a bent shape similar to the bent conductors 7a and 7b. I am configuring. Compared with the configuration of FIG. 9C described above, the types of shape conductors used can be reduced from three types to one type. The operation is the same as that of FIG. 9A except for the shape of the bypass connection conductor.
  • FIG. 9E is a modified example of FIG. 9D, in which the rectangular S-shaped conductor 9c is replaced with a rectangular U-shaped conductor 9a.
  • the rectangular U-shaped conductor 9a is attached so that the flat surface portion of the first bypass connecting conductor 6a approaches the left side, that is, the second bypass connecting conductor 6b, and the rectangular U-shaped conductor of the second bypass connecting conductor 6b is attached.
  • the plane portion of 9a is attached so as to face the right side, that is, the first bypass connection conductor 6a.
  • the operation is the same as that of FIG. 9A except for the shape of the bypass connection conductor.
  • FIG. 9B shows the bypass connection conductor in which one plate-like conductor is curved to form a bent shape, but in FIG. 9F, the first and second bypass connection conductors 6a and 6b are U-shaped conductors 9d, The L-shaped conductor 9b and the linear conductor 9e are connected to form a curved shape similar to the curved conductors 8a and 8b in FIG. 9B.
  • the curved conductors 8a and 8b in FIG. 9B are difficult to process because they are formed of one conductor, but a similar shape can be obtained by combining a plurality of conductors that are easily processed.
  • the operation is the same as that of FIG. 9A except for the shape of the external output conductor.
  • FIG. 9G shows a bypass connection conductor having a linear shape.
  • the first bypass connection conductor 106a and the second bypass connection conductor 106b have a linear shape.
  • One end of the first bypass connection conductor 106a is connected to the first external output conductor 105a, and the other end is connected to the high potential side of the bypass section 104.
  • One end of the second bypass connection conductor 106b is connected to the second external output conductor 105b, and the other end is connected to the low potential side of the bypass section 104.
  • the currents of the first bypass connection conductor 106a and the second bypass connection conductor 106b have opposite flows as indicated by arrows, and are arranged to face each other.
  • the function and effect of the shape of the bypass connection conductor according to the present embodiment shown in FIGS. 9A to 9F will be described in comparison with FIG. 9G.
  • the first bypass connection conductor 106a and the second bypass connection conductor 106b have a linear shape, and the first external output conductor 105a and the second external output conductor 105b are connected to the bypass section 104. Is the shortest. Therefore, the self-inductance (La0) of the first bypass connection conductor 106a and the self-inductance (Lb0) of the second bypass connection conductor 106b are small.
  • the wiring length becomes long, and the self-inductance of the first bypass connecting conductor 6a ( La1:La1>La0) and the self-inductance of the second bypass connection conductor 6b (Lb1:Lb1>Lb0) increase from the shortest wiring length. Further, the currents are spatially in the same direction in the first portion 11a of the first bypass connecting conductor 6a and the second portion 11b of the second bypass connecting conductor 6b, and further, the direction of the current.
  • the positive mutual inductance (+M) is generated due to the arrangement facing each other.
  • the combined inductance Lbp1 is represented by the following equation (4).
  • Lbp1 La1+Lb1+2M (4) It can be seen that Lbp1> Lbp0. That is, since the combined inductance increases more than in the conventional case, the short-circuit current shown by the thick line in FIG. 4 is suppressed and then flows into the bypass section 4, so that damage to the bypass section 4 can be suppressed.
  • FIG. 9H is a modification of FIG. 9B.
  • the second direction is the direction of arrow 12d in the first bypass connecting conductor 6a, and arrow 12e in the second bypass connecting conductor 6b.
  • the bending shape was formed so that it might become a direction.
  • Each of the arrows 12d and 12e is, for example, in an angle range within 30 degrees from the arrow 12b. Further, the angle between the arrow 12d and the arrow 12e is within 60 degrees, for example.
  • the first portion 11a and the second portion 11b can exert the effect by the component of the same current direction 12b, and the first surface 13a and the second portion 11a of the first portion 11a have the same effect. It is also possible to obtain the effect of the parallel component of the second surface 13b of the part 11b, that is, the effect of reducing the influence of the electromagnetic repulsive force when a short-circuit current flows in the bypass section 4.
  • FIG. 9I is another modification of FIG. 9B.
  • a bent shape is formed so as to be in the direction of the arrow 12d.
  • the arrow 12d is, for example, within the angle range of 45 degrees from the arrow 12b.
  • the first portion 11a and the second portion 11b can exert the effect of the components having the same current direction 12b, and the first surface 13a and the second surface 13a and the second portion of the first portion 11a have.
  • the second surface 13b of the part 11b is parallel to each other, and it is possible to reduce the influence of the electromagnetic repulsive force when a short-circuit current flows through the bypass section 4.
  • the second direction intersects the first direction in FIGS. 9A and 9C to 9F, it does not need to be the vertical direction, and the first It suffices that the current flowing in the second direction has a component in a direction perpendicular to the first direction.
  • the second direction does not have to be a direction perpendicular to the first direction, and is a direction that intersects at an angle within a predetermined range. It suffices that the vertical component has the same current direction component, and among the current components by providing the bent shape, the component in the same current direction is larger than the component in the opposite direction.
  • the switching elements 1a and 1b, the substrate for driving the bypass section 4 and the power source are present in the space from the installation location of the bypass section 4 to the casing 200 of the cell converter located outside.
  • positive mutual inductance (+ M) it is necessary to extend the lateral length of the bypass connecting conductor from the installation location of the bypass portion 4 to the space located outside in order to increase the self-inductance.
  • the bypass connection conductor can be downsized.
  • the shape of the first bypass connection conductor 6a and the shape of the second bypass connection conductor 6b are configured to have a bent shape.
  • the external output conductors 5a, 5b from the connection with the bypass portion 4 that is, the first and second parts extending in the directions perpendicular to the vertical direction of the housing, respectively.
  • each of the bypass connection conductors 6a and 6b can be arranged by utilizing the space in the housing.
  • the external output conductors 5a and 5b of the first embodiment a current flows even in the normal operation modes 1 to 4, and an increase in power loss occurs due to an increase in the inductance of the external output conductors 5a and 5b.
  • the second embodiment in which the inductance of the external output conductors 5a and 5b does not increase is more effective in terms of power loss.
  • the external output conductors 5a and 5b have a bent shape
  • the bypass connection conductors 6a and 6b have a bent shape.
  • the forms 1 and 2 may be combined. In that case, it is necessary to consider the arrangement so that the locations where the directions of the currents differ between adjacent conductors do not increase.
  • the shape is not limited to the plate shape.

Abstract

セル変換器（１００）が直列接続された電力変換装置において、各セル変換器（１００ａ）は、スイッチング素子（１ａ，１ｂ）とコンデンサ（２）とを接続する主回路導体（３ａ，３ｂ）と、他のセル変換器（１００ａ，１００ｂ）に接続する２つの外部端子（Ｘ１，Ｘ２）の間に配置されるバイパス部（４）と、外部端子（Ｘ１，Ｘ２）と主回路導体（３ａ，３ｂ）を接続する外部出力導体（５ａ，５ｂ）と、外部出力導体（５ａ，５ｂ）とバイパス部（４）とを接続するバイパス接続導体（６ａ，６ｂ）とを備え、バイパス接続導体（６ａ，６ｂ）または外部出力導体（５ａ，５ｂ）の高電位側と低電位側とは互い対向して配置し、導体を屈曲させて導体の一部の電流の向きが同じ方向になる部位を設けることにより、相互インダクタンス及び自己インダクタンスを増加させ、二重故障時にバイパス部（４）に流れる短絡電流を抑制する。

Description

電力変換装置
　本願は、複数のセル変換器が直列に接続された電力変換装置に関する。
　高圧用途の電力変換装置においては、マルチレベル変換器の実用化が図られている。交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗと直流端子Ｐ、Ｎとの間に、複数台のセル変換器を直列に接続し、変換器セルに内在する半導体スイッチング素子のオン／オフ制御により、交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗには交流電圧を直流端子Ｐ、Ｎには直流電圧を発生させる回路構成のマルチレベル変換器が開示されている。
　一方、セル変換器（サブモジュール）に異常が発生した時に、この異常の発生したセル変換器（サブモジュール）の出力端子をバイパス部（短絡装置）によってバイパスし、継続運転を可能にする電力変換装置がある（例えば特許文献１参照）。高圧の電力線路に適用される、複数のセル変換器を互いに直列に接続してなる電力変換装置にあっては、いずれかのセル変換器に異常が発生した場合、故障したセル変換器の出力端子を閉路することで、この故障したセル変換器を直列回路から除くバイパス部は、その確実な閉路動作が電力変換装置としての運転の継続を保障するものであるので、電力運用上、重要な役割を担っている。
　このようなバイパス部は、その閉路動作に伴い、過電流などの過酷な状態に晒される恐れがあり、この過酷な使用により損傷すると、異常が発生したセル変換器を確実にバイパスできない場合がある。そのため、出願人は、セル変換器の異常が検知された場合に、バイパス部を閉じるとともに、バイパス部を閉じると同時、あるいはそれ以前に、バイパス部の閉路が確立されるまでの期間、複数の半導体素子のうち、バイパス部と並列に、このバイパス部を含まない電流経路を継続的に形成するように選択した半導体素子をオン状態にする技術を創出した（例えば特許文献２参照）。
特表２０１０－５２４４２６号公報（図２等） 特許第５８８９４９８号公報（図７等）
　特許文献２では、セル変換器の異常が検知された場合に、バイパス部を閉じるとともに、バイパス部を閉じると同時あるいはそれ以前に、バイパス要素の閉路が確立されるまでの期間、複数の半導体素子のうち、バイパス部と並列に、このバイパス部を含まない電流経路を継続的に形成するように選択した半導体素子をオン状態にする。最近では、このバイパス部を含まない電流経路を継続的に形成するように選択した半導体素子の異常に対応する技術が求められている。すなわち、二重異常が発生した場合においても、電力変換装置としての運転の継続を保障することが求められている。
　本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、セル変換器の二重異常発生時、その出力端子を閉路するバイパス部を、その閉路動作に伴う損傷から防止し、運転の継続を可能とする電力変換装置を得ることを目的とする。
　本願に開示される電力変換装置は、電力変換を行うセル変換器が複数個直列に接続された電力変換装置であって、前記各セル変換器は、スイッチング素子と、コンデンサと、前記スイッチング素子と前記コンデンサとを接続する主回路導体と、他の前記セル変換器に接続する２つの外部端子と、前記２つの外部端子の間に配置され、バイパス接続されるバイパス部と、前記２つの外部端子の一方と前記主回路導体及び前記バイパス部とを接続する第１の導体部と、前記２つの外部端子の他方と前記主回路導体及び前記バイパス部とを接続する第２の導体部とを備え、前記第１及び第２の導体部は、前記主回路導体から前記バイパス部までの間において、前記主回路導体から前記バイパス部までの経路である第１の方向に対し、前記第１の方向に交差する方向である第２の方向に延伸された部位をそれぞれ有するように屈曲形状で構成され、前記第１の導体部の前記第２の方向に延伸された第１の部位と前記第２の導体部の前記第２の方向に延伸された第２の部位とは、前記第１及び第２の方向と交差する第３の方向において少なくとも一部互いに重なるように設けられ、前記コンデンサから前記バイパス部へ電流が流れた時に前記第１の部位と前記第２の部位とに同じ向きの電流が流れる、ものである。
　本願に開示される電力変換装置によれば、バイパス部に流れる過電流を抑制でき、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。この結果、セル変換器のサイズを大きくせずに、いずれかのセル変換器に二重異常が発生した場合にも運転の継続が可能となる小型で安価な電力変換装置を得ることができる。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す概略回路図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のセル変換器の構成を示す概略回路図である。 直列接続された複数台のセル変換器におけるバイパス電流経路を示す概略回路図である。 セル変換器内部におけるバイパス部短絡電流経路を示す概略回路図である。 実施の形態１に係るセル変換器の内部配置を示す概略図である。 定常時にセル変換器に流れる電流の経路を示す概略回路図である。 定常時にセル変換器に流れる電流の別の経路を示す概略回路図である。 定常時にセル変換器に流れる電流の別の経路を示す概略回路図である。 定常時にセル変換器に流れる電流の別の経路を示す概略回路図である。 実施の形態１に係る外部出力導体のセル変換器中での配置を示す概略斜視図である。 実施の形態１に係る外部出力導体の概略形状を示す図である。 実施の形態１に係る外部出力導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態１に係る外部出力導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態１に係る外部出力導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態１に係る外部出力導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態１に係る外部出力導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態１に係る外部出力導体と比較するための外部出力導体の例を示す図である。 実施の形態１に係る外部出力導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態１に係る外部出力導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体の概略形状を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体と比較するためのバイパス接続導体の例を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体の別の概略形状を示す図である。 実施の形態２に係るバイパス接続導体の別の概略形状を示す図である。
　以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
実施の形態１．
　以下、実施の形態１に係る電力変換装置について図を用いて説明する。
　図１は、実施の形態１に係る電力変換装置の主回路構成の一例を示す図である。なお、変換器セルが直列に接続された回路構成としては、一般に、カスケード変換器、ＭＭＣ（Modular Multilevel Converter、モジュラーマルチレベル変換器）、チェーン接続変換器等と呼ばれる。要は直列に接続した変換器である。なお、変換器セルは、後述するが、２つ以上の半導体素子と１つ以上のエネルギー蓄積要素から構成されると定義する。
　図１においては、交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗと、直流端子Ｐ、Ｎとの間に複数のセル変換器１００が直列に接続されており、その間にリアクトル３００Ｐ、３００Ｎを有している。この図１はあくまでも一例であって、変換器セルが直列に接続された回路構成であればよい。例えば、各相のリアクトル３００Ｐと３００Ｎとを磁気結合させて１つのリアクトルとしてもよい。また、リアクトルを負極側（直流端子Ｎの側）に集中させてもよい。さらに、リアクトルの代替として配線インダクタンスなどの寄生インダクタンスを有するものとしてもよい。
　図２は、図１に示された電力変換装置から直列に接続されたセル変換器１００の一部を切り出したもので、セル変換器１００の構成を示す概略回路図である。ここでは、３つのセル変換器１００ａ～１００ｃのうち、代表してセル変換器１００ａのみ回路図を示す。
　図において、スイッチング素子１ａの低電位側とスイッチング素子１ｂの高電位側とが直列に接続され、ブリッジを構成している。コンデンサ２は、スイッチング素子１ａの高電位側とスイッチング素子１ｂの低電位側とに接続され、電力変換装置の動作に応じて直流エネルギーの蓄積、供給を行う。コンデンサ２の正端子とスイッチング素子１ａの高電位端子とは高電位側の主回路導体３ａにより接続され、コンデンサ２の負端子とスイッチング素子１ｂの低電位側とは低電位側の主回路導体３ｂによって接続される。セル変換器１００ａの外部端子Ｘ１は隣り合うセル変換器１００ｂの外部端子Ｘ２と筐体外部の導体等で電気的に接続され、セル変換器１００ａの外部端子Ｘ２は隣り合うセル変換器１００ｃの外部端子Ｘ１と筐体外部の導体等で電気的に接続される。これらによりセル変換器１００ａ～１００ｃは直列に接続された状態となり、図１に示された電力変換装置であるマルチレベル変換器が構成される。
　スイッチング素子１ａの低電位側とスイッチング素子１ｂの高電位側との接続点と高電位側の外部端子Ｘ１とを接続する第１の外部出力導体５ａと、スイッチング素子１ｂの低電位側と前記低電位側の外部端子Ｘ２とを接続する第２の外部出力導体５ｂとの間にセル変換器の故障時に閉じて電力変換装置の運転継続を可能にするバイパス部４が設けられる。第１の外部出力導体５ａと、この第１の外部出力導体５ａとバイパス部４の高電位側とを接続する第１のバイパス接続導体６ａとで第１の導体部１０ａを構成する。第２の外部出力導体５ｂと、この第２の外部出力導体５ｂとバイパス部４の低電位側とを接続する第２のバイパス接続導体６ｂとで第２の導体部１０ｂを構成する。
　図３は、図２の回路図にバイパス電流経路を示した図である。セル変換器１００ａに異常が発生した場合、バイパス部４が閉じる。すなわち、セル変換器１００ｂからセル変換器１００ａ、セル変換器１００ｃへと下方向へ電流が流れる場合、太線で示すようにセル変換器１００ａの外部端子Ｘ１から電流がセル変換器１００ａに入り、バイパス部４を通って、外部端子Ｘ２から電流が出力されて、セル変換器１００ｃへ電流が流れる。
　一方、セル変換器１００ｃからセル変換器１００ａ、セル変換器１００ｂへと上方向へ電流が流れる場合、太線で示すようにセル変換器１００ａの外部端子Ｘ２から電流がセル変換器１００ａに入り、バイパス部４を通って、外部端子Ｘ１から電流が出力されて、セル変換器１００ｂへ電流が流れる。これにより、電力変換装置の継続運転を可能にすることが出来る。
　図４は、図２の回路図にセル変換器内部におけるバイパス部短絡電流経路を示す図である。セル変換器１００ａ内で異常を検知した場合、バイパス部４は図３に示した電流バイパス経路を形成するために閉じる。その時、スイッチング素子１ａが短絡故障した状態でスイッチング素子１ｂがオンしないという二重異常が発生した場合を想定する。コンデンサ２に蓄積されたエネルギーが過電流となって図中太線で示した循環経路でバイパス部４へ全て流れ込んでしまう。
　同様に、セル変換器１００ａ内で異常を検知すると同時に、スイッチング素子１ａが誤動作でオンするという二重異常が発生した場合を想定する。スイッチング素子１ａがオンの場合にはスイッチング素子１ｂはオンしない動作ロジックとなっているため、コンデンサ２に蓄積されたエネルギーが過電流となって太線の循環経路でバイパス部４へ全て流れ込んでしまう。
　このようにバイパス部４に耐電流能力を超える過電流が流れた場合、バイパス部４が破損してその後の確実な開閉動作が出来なくなり、電力変換装置としての運転の継続を保障することが出来ないことになる。
　次に、実施の形態１に係るセル変換器の構造について説明する。図５はセル変換器１００ａの内部配置を示す概略図である。図５Ａが正面図、図５Ｂが右側面図である。図において、セル変換器１００ａを構成する各部品は筐体２００の中に収納されている。
　外部端子Ｘ１、Ｘ２は筐体２００の前面に取り付けられる。外部端子Ｘ１に接続された第１の外部出力導体５ａは筐体２００の奥行方向に延びてスイッチング素子１ａとスイッチング素子１ｂとの接続点（図示せず）を介して主回路導体３ａと接続される。外部端子Ｘ２に接続された第２の外部出力導体５ｂは筐体２００の奥行方向に延びて主回路導体３ｂと接続される。第１の外部出力導体５ａは高電位、第２の外部出力導体５ｂは低電位であり、電流の向きが逆であり、互いに垂直方向において対向するように配置される。
　主回路導体３ａはスイッチング素子１ａの高電位側端子とコンデンサ２の高電位側端子（正端子）とに接続され、高電位となる。主回路導体３ｂはスイッチング素子１ｂの低電位側端子とコンデンサ２の低電位側端子（負端子）とに接続され、低電位となる。主回路導体３ａと主回路導体３ｂとはスイッチング素子１ａとスイッチング素子１ｂとで流れる電流の向きが反対方向になるよう互いに水平方向において対向するように配置される。
　第１のバイパス接続導体６ａは一端が第１の外部出力導体５ａの途中に接続され、他端がバイパス部４の高電位側に接続される。第２のバイパス接続導体６ｂは一端が第２の外部出力導体５ｂの途中に接続され、他端がバイパス部４の低電位側に接続される。第１のバイパス接続導体６ａと第２のバイパス接続導体６ｂとは電流の向きが逆であり、互いに水平方向において対向するように配置される。
　次に、セル変換器１００ａ内での定常時の電流の流れ方を図６Ａから６Ｄを用いて説明する。
１）モード１：外部端子Ｘ１から電流が入力されスイッチング素子１ｂをオンした場合
　図６Ａの実線及び矢印で示すように、電流は第１の外部出力導体５ａ、スイッチング素子１ｂ、第２の外部出力導体５ｂの順に通過して外部端子Ｘ２から出力される。
２）モード２：外部端子Ｘ１から電流が入力されスイッチング素子１ｂをオンしない場合
　図６Ｂの実線及び矢印で示すように、電流は第１の外部出力導体５ａ、スイッチング素子１ａのダイオード部、主回路導体３ａ、コンデンサ２、主回路導体３ｂ、第２の外部出力導体５ｂの順に通過して外部端子Ｘ２から出力される。
３）モード３：外部端子Ｘ２から電流が入力されスイッチング素子１ａをオンした場合
　図６Ｃの実線及び矢印で示すように、電流は第２の外部出力導体５ｂ、主回路導体３ｂ、コンデンサ２、主回路導体３ａ、スイッチング素子１ａ、第１の外部出力導体５ａの順に通過して外部端子Ｘ１から出力される。
４）モード４：外部端子Ｘ２から電流が入力されスイッチング素子１ａをオンしない場合
　図６Ｄの実線及び矢印で示すように、電流は第２の外部出力導体５ｂ、スイッチング素子１ｂのダイオード部、第１の外部出力導体５ａの順に通過して外部端子Ｘ１から出力される。
　セル変換器１００ａの異常を検出してバイパス部４が閉じて、図３の電流経路になる場合の電流の流れ方は次の２通りである。
５）モード５：電流は外部端子Ｘ１から入力され、第１の外部出力導体５ａ、第１のバイパス接続導体６ａ、バイパス部４、第２のバイパス接続導体６ｂ、第２の外部出力導体５ｂの順に通過して外部端子Ｘ２から出力される。
６）モード６：電流は外部端子Ｘ２から入力され、第２の外部出力導体５ｂ、第２のバイパス接続導体６ｂ、バイパス部４、第１のバイパス接続導体６ａ、第１の外部出力導体５ａの順に通過して外部端子Ｘ１から出力される（モード５の電流の向きが逆方向）。
　セル変換器１００ａの異常を検出してバイパス部４が閉じて、図４の電流経路になる場合の電流の流れ方は次の通りである。
７）モード７：コンデンサ２、主回路導体３ａ、スイッチング素子１ａ、第１の外部出力導体５ａ、第１のバイパス接続導体６ａ、バイパス部４、第２のバイパス接続導体６ｂ、第２の外部出力導体５ｂ、主回路導体３ｂ、コンデンサ２の順に循環する。
　本実施の形態においては、上述のモード７において、図４の電流経路になる場合に、第１の導体部１０ａのうち主回路導体３ａと第１のバイパス接続導体６ａとの接続との間の第１の外部出力導体５ａと、第２の導体部１０ｂのうち主回路導体３ｂと第２のバイパス接続導体６ｂとの接続との間の第１の外部出力導体５ａとに流れる電流の向きが空間的に同じ方向になるような部位を設けるように、第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂの形状を屈曲形状とした。ここで、屈曲形状は、折れ線状に屈曲された折曲形状及び曲線状に屈曲された湾曲形状を含む。
　図７は本実施の形態による外部出力導体のセル変換器中の配置を示した概略図で、図５の前方斜め上方向から見た、すなわち図５Ａ中、図５Ｂ中のそれぞれ矢印のＡ方向から見た斜視図である。
　図において、第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂは所定の幅と厚さを有する板状の導体で、互いに垂直方向に対向して配置され、それぞれ屈曲している。第１の外部出力導体５ａの一端は外部端子Ｘ１に接続され、他端は主回路導体３ａ（図示せず）に接続され、途中でバイパス部４（図示せず）に接続される第１のバイパス接続導体６ａが接続されている。第２の外部出力導体５ｂは第１の外部出力導体５ａの下方に離間して配置され、一端は外部端子Ｘ２に接続され、他端は主回路導体３ｂ（図示せず）に接続され、途中に、バイパス部４（図示せず）に接続される第２のバイパス接続導体６ｂが接続されている。第１のバイパス接続導体６ａ及び第２のバイパス接続導体６ｂは互いに平行部分を有するように配置されている。
　以下の実施の形態１に係る第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂを説明する図８Ａ～８Ｇにおいては、図７の第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂをそれぞれｘ方向の矢印ｘａ、ｘｂの方向に展開した概略平面図（上面図）として説明する。
　図８Ａは、図７の斜視図を平面に展開した外部出力導体の概略形状を示す図である。図中矢印１２ａ、１２ｂ、１２ｃは電流の流れる向きを示しており、バイパス部４の高電位側から低電位側に電流が流れた場合の向きを示している。主回路導体３ａ、３ｂとの接続箇所は図では離間して示し、バイパス接続導体６ａ、６ｂとの接続箇所も図では離間して示している。
　図において、第１の外部出力導体５ａは折曲形状導体７ａで構成され、第２の外部出力導体５ｂが折曲形状導体７ｂで構成されている。第１の外部出力導体５ａの一端は外部端子Ｘ１に接続され、他端は主回路導体３ａに接続され、途中で第１のバイパス接続導体６ａの一端に接続され、第１のバイパス接続導体６ａの他端はバイパス部４の高電位側に接続されている。第２の外部出力導体５ｂの一端は外部端子Ｘ２に接続され、他は主回路導体３ｂに接続され、途中で第２のバイパス接続導体６ｂの一端に接続され、第２のバイパス接続導体６ｂの他端はバイパス部４の低電位側に接続されている。
　第１の外部出力導体５ａは、主回路導体３ａから外部端子Ｘ１へ向かう経路の方向である矢印１２ａと平行な第１の方向（ｙ方向、筐体２００の奥行方向）に垂直な第２の方向（ｘ方向）に沿うように延伸されて形成された第１の部位１１ａを有し、同様に、第２の外部出力導体５ｂは、第１の方向に垂直な第２の方向に沿うように延伸されて形成された第２の部位１１ｂを有する。さらに、第１の外部出力導体５ａに設けられた第１の部位１１ａの少なくとも一部は第１及び第２の方向ともに垂直な第３の方向（図７においてｚ方向）において、第２の外部出力導体５ｂの第２の部位１１ｂと重なるように設けられる。
　図７に戻るが、第１の部位１１ａと第２の部位１１ｂとは同じ電流の向き１２ｂであり、第３の方向（ｚ方向）において互いに隣り合って対向するように配置されている。また、第１の部位１１ａは第１の面１３ａを有する様に板状に設けられ、第２の部位１１ｂは第２の面１３ｂを有する様に板状に設けられ、第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂはそれぞれ第３の方向に平行であり、第１の部位１１ａ及び第２の部位１１ｂは第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂに平行な方向において互いに隣り合うように配置されている。
　このように、第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂがそれぞれ第３の方向に平行である場合、第１の外部出力導体５ａを第１のバイパス接続導体６ａに接続した部分及び第２の外部出力導体５ｂを第２のバイパス接続導体６ｂに接続した部分において、バイパス部４に短絡電流が流れた場合の電磁反発力の影響を軽減することができる。これにより、第１のバイパス接続導体６ａ、第２のバイパス接続導体６ｂ、第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂの変形を抑制することが可能となる。
　図８Ｂは、図８Ａにおける屈曲形状を板状の導体を湾曲させて構成したもので、第１の外部出力導体５ａを湾曲形状導体８ａで、第２の外部出力導体５ｂを湾曲形状導体８ｂで構成している。この構造においても第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂにはそれぞれ第２の方向（ｘ方向）に沿うように延伸されて形成された第１の部位１１ａと第１の面１３ａ及び第２の方向に沿うように延伸されて形成された第２の部位１１ｂと第２の面１３ｂを有しており、第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂにおいて、空間的に電流は同じ方向に流れる。第１及び第２の外部出力導体の形状以外の動作は図８Ａと同様である。
　図８Ａでは１つの板状の導体を折曲させて屈曲形状を形成した外部出力導体を示していたが、図８Ｃにおいては第１及び第２の外部出力導体５ａ、５ｂは矩形のＵ字形状（コの字形状）導体９ａ、Ｌ字形状導体９ｂ、矩形のＳ字形状導体９ｃ及び直線形状導体９ｅを連結して、図８Ａの折曲形状導体７ａ、７ｂと同様な折曲形状を構成している。図８Ａの折曲形状導体７ａ、７ｂは１つの導体で形成するために加工が難しいが、簡単な加工の導体を複数組み合わせることで同様な形状を得られる。外部出力導体の形状以外は前述図８Ａの動作と同様である。
　図８Ｄは、図８Ｃの変形例であり、第１及び第２の外部出力導体５ａ、５ｂをＬ字形状導体９ｂ及び矩形のＳ字形状導体９ｃを連結して折曲形状導体７ａ、７ｂと同様な折曲形状を構成している。前述の図８Ｃの構成と比べて、使用する形状導体の種類を４種類から２種類に減らすことが出来る。外部出力導体の形状以外は前述図８Ａの動作と同様である。
　図８Ｅは、図８Ｄの変形例であり、矩形のＳ字形状導体９ｃを矩形のＵ字形状導体９ａに置き換えたものである。この矩形のＵ字形状導体９ａは、第１の外部出力導体５ａにおいて平面部が下側すなわち第２の外部出力導体５ｂに近づくように取付け、第２の外部出力導体５ｂの矩形のＵ字形状導体９ａの平面部は上側つまり第１の外部出力導体５ａに近づくよう対向させて取付ける。外部出力導体の形状以外は前述図８Ａの動作と同様である。
　図８Ｂでは１つの板状の導体を湾曲させて屈曲形状を形成した外部出力導体を示していたが、図８Ｆにおいては第１及び第２の外部出力導体５ａ、５ｂはＵ字形状導体９ｄ、Ｌ字形状導体９ｂ、矩形のＵ字形状導体９ａ、矩形のＳ字形状導体９ｃ及び直線形状導体９ｅを連結して図８Ｂの湾曲形状導体８ａ、８ｂと同様な湾曲形状を構成している。湾曲形状導体８ａ、８ｂは１つの導体で形成するために加工が難しいが、簡単な加工の導体を複数組み合わせることで同様な形状を得られる。外部出力導体の形状以外は前述図８Ａの動作と同様である。
　図８Ｇは、直線形状である外部出力導体を示している。第１の外部出力導体１０５ａと第２の外部出力導体１０５ｂは直線形状である。外部出力導体１０５ａの一端は外部端子Ｘ１に接続され、他端は主回路導体１０３ａに接続され、途中で第１のバイパス接続導体１０６ａの一端に接続され、第１のバイパス接続導体１０６ａの他端はバイパス部１０４の高電位側に接続されている。第２の外部出力導体１０５ｂの一端は外部端子Ｘ２に接続され、他端は主回路導体１０３ｂに接続され、途中で第２のバイパス接続導体１０６ｂに接続され、第２のバイパス接続導体１０６ｂの他端はバイパス部１０４の低電位側に接続されている。第１の外部出力導体１０５ａと第２の外部出力導体１０５ｂの電流は矢印で示すように反対向きの流れになっており、向かい合う配置になっている。
　次に、図８Ａ～図８Ｆに示した本実施の形態に係る外部出力導体の形状の作用効果について、図８Ｇと比較して説明する。
　まず、図８Ｇにおいては、第１の外部出力導体１０５ａ、第２の外部出力導体１０５ｂが直線形状であり、第１のバイパス接続導体１０６ａと主回路導体１０３ａ、第２のバイパス接続導体１０６ｂと主回路導体１０３ｂとの接続が最短である。そのため、第１の外部出力導体１０５ａの自己インダクタンス（Ｌｃ0）と第２の外部出力導体１０５ｂの自己インダクタンス（Ｌｄ0）が小さい。また、第１の外部出力導体１０５ａと第２の外部出力導体１０５ｂは向かい合う配置になっておりその電流は異なる向きの流れになっているため、負の相互インダクタンス（－Ｍ）が発生する。合成インダクタンスＬ0は、次式（１）で表される。
　　　Ｌ0＝Ｌｃ0＋Ｌｄ0－２Ｍ　　　・・・（１）
　一方、図８Ａにおいては、第１の外部出力導体５ａ、第２の外部出力導体５ｂは屈曲しているので配線長が長くなり、第１の外部出力導体５ａの自己インダクタンス（Ｌｃ1：Ｌｃ1＞Ｌｃ0）と第２の外部出力導体５ｂの自己インダクタンス（Ｌｄ1：Ｌｄ1＞Ｌｄ0）は最短の配線長より増加する。また、第１の外部出力導体５ａの部位１１ａと第２の外部出力導体５ｂの部位１１ｂとは空間的に電流は同じ向きの流れになっており、さらに、電流の方向に沿って向かい合う配置になっているため、正の相互インダクタンス（＋Ｍ）が発生する。合成インダクタンスＬ1は、次式（２）で表される。
　　　Ｌ1＝Ｌｃ1＋Ｌｄ1＋２Ｍ　　　・・・（２）
　Ｌ1＞Ｌ0　　となることがわかる。
　すなわち、従来よりも合成インダクタンスが増加することにより、図４の太線で示した短絡電流は抑制されてからバイパス部４に流れるため、バイパス部４の破損を抑制できる。
　図８Ｂ～図８Ｆの外部出力導体の形状においても、図８Ａと同様に従来よりも合成インダクタンスが増加することにより、同様の効果を奏することができる。図４の太線で示した短絡電流は抑制されてからバイパス部４に流れるため、バイパス部４の破損を抑制できる。
　図８Ａ～図８Ｆにおいて、主回路導体３ａと主回路導体３ｂとは対向するように記載しているが、図のように配置し、主回路導体３ａと主回路導体３ｂとの間で負の相互インダクタンスを発生させて低インダクタンスにするのがよい。主回路導体３ａと主回路導体３ｂとが高インダクタンスになると、通常動作時にスイッチング素子１ａ、１ｂに高電圧が印加され、好ましくない。低インダクタンスであると、より短絡電流が大きくなるが、本実施の形態の構成により短絡電流を抑制することは可能である。
　図７、図８Ａ～図８Ｆにおいて、第１の方向に対し、第２の方向が垂直の例を示したが、第２の方向は第１の方向に対し交差していれば、垂直方向である必要はない。第２の方向に流れる電流が第１の方向に対して垂直な方向の成分を有していればよい。また、屈曲形状の配置によっては、第２の方向に流れる電流において、逆方向となる箇所がある場合は、電流が同じ方向の成分が逆方向の成分よりも大きくなるようにすれば、上述の式（２）の３項が正となり、短絡電流は抑制されてからバイパス部４に流れることになる。
　例えば図８Ｈは図８Ａの変形例である。図８Ａにおける第２の方向である矢印１２ｂの方向に対し、図８Ｈは、第２の方向が第１の外部出力導体５ａにおいては矢印１２ｄの方向に、第２の外部出力導体５ｂにおいては矢印１２ｅの方向になるように屈曲形状を形成したことを示した図である。矢印１２ｄ、１２ｅの各々は、例えば矢印１２ｂから３０度以内の角度範囲にある。また、矢印１２ｄと矢印１２ｅとの角度が例えば６０度以内である。この場合も第１の部位１１ａと第２の部位１１ｂとは同じ電流の向き１２ｂの成分による効果を奏することが可能であり、第１の部位１１ａが有する第１の面１３ａと第２の部位１１ｂとが有する第２の面１３ｂの平行成分による効果、すなわち、バイパス部４に短絡電流が流れた場合の電磁反発力の影響を軽減する効果も奏することが可能となる。
　さらに、図８Ｉは図８Ａの別の変形例である。第１の外部出力導体５ａ、第２の外部出力導体５ｂにおいて、ともに矢印１２ｄの方向になるように屈曲形状を形成したものである。矢印１２ｄは、例えば矢印１２ｂから４５度以内の角度範囲にある。この場合も、第１の部位１１ａと第２の部位１１ｂとは同じ電流の向き１２ｂの成分による効果を奏することが可能であり、第１の部位１１ａが有する第１の面１３ａと第２の部位１１ｂとが有する第２の面１３ｂは平行であり、バイパス部４に短絡電流が流れた場合の電磁反発力の影響を軽減する効果も奏することが可能となる。
　図８Ａの変形例を２例挙げたが、図８Ｂ～図８Ｆも同様に、第２の方向が第１の方向に対し交差していれば、垂直方向である必要はなく、第２の方向に流れる電流が第１の方向に対して垂直な方向の成分を有していればよい。
　このように、第２の方向は第１の方向に対し垂直方向でなくてもよく、所定範囲内の角度で交差するような方向であり、第１の方向に対し垂直方向の成分の同じ電流の向きの成分を有し、屈曲形状を設けることによる電流の成分のうち、電流が同じ方向の成分が逆向きの成分より大きくなるようにすればよい。
　また、図示してないが、バイパス部４の設置場所から外側に位置するセル変換器の筐体２００までの空間にはスイッチング素子１ａ、１ｂ及びバイパス部４の駆動用の基板及び電源が存在するため、正の相互インダクタンス（＋Ｍ）が発生する構成とすることで、自己インダクタンスを増加させるためにバイパス部４の設置場所から外側に位置する空間まで外部出力導体の横方向の長さを延伸する必要が無く、外部出力導体を小型化構成することが出来る。
　以上のように、実施の形態１によれば、主回路導体３ａと第１のバイパス接続導体６ａとの接続との間の第１の外部出力導体５ａの形状と、主回路導体３ｂと第２のバイパス接続導体６ｂとの接続との間の第２の外部出力導体５ｂの形状とを屈曲形状を有するように構成し、主回路導体３ａ、３ｂと第１及び第２のバイパス接続導体６ａ、６ｂとの接続の経路の方向すなわち、筐体の奥行方向に対しそれぞれ垂直な方向に延伸された第１及び第２の部位を持ち、それら第１及び第２の部位は空間的に少なくとも重なるようにし、セル変換器に二重異常が発生した場合に、それら第１及び第２の部位には電流の向きが同じ方向になるようにしたので、インダクタンスを増加させるにより、バイパス部４に流れる過電流を抑制でき、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。筐体内の空間を利用して上述の各外部出力導体５ａ、５ｂの屈曲形状を配置でき、セル変換器のサイズを大きくすることなく、いずれかのセル変換器に二重異常が発生した場合にも運転の継続が可能となる小型で安価な電力変換装置を得ることが可能となる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、上述のモード７において、図４の電流経路になる場合に、第１の導体部１０ａのうち主回路導体３ａと第１のバイパス接続導体６ａとの接続との間の第１の外部出力導体５ａと、第２の導体部１０ｂのうち主回路導体３ｂと第２のバイパス接続導体６ｂとの接続との間の第１の外部出力導体５ａとに流れる電流の向きが空間的に同じ方向になるような部位を設けるように、第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂの形状とした。本実施の形態２においては、第１の導体部１０ａのうち第１のバイパス接続導体６ａと、第２の導体部１０ｂのうち第２のバイパス接続導体６ｂとに流れる電流の向きが空間的に同じ方向になるような部位を設けるように、第１のバイパス接続導体６ａ及び第２のバイパス接続導体６ｂの形状を屈曲形状とした。屈曲形状は、実施の形態１と同様に、折れ線状に屈曲された折曲形状及び曲線状に屈曲された湾曲形状を含む。
　以下の実施の形態２に係る第１のバイパス接続導体６ａ及び第２のバイパス接続導体６ｂを説明する図９Ａ～９Ｇにおいては、図７の第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂはそれぞれ図８Ｇのものとし、図５Ｂの右側面図において、重なって示されている第１のバイパス接続導体６ａ及び第２のバイパス接続導体６ｂを図７のそれぞれｙ方向の矢印ｙ１、ｙ２の方向に展開した概略平面図（右側面図）として説明する。
　図９Ａにおいて、第１のバイパス接続導体６ａは折曲形状導体７ａで構成され、第２のバイパス接続導体６ｂは折曲形状導体７ｂで構成されている。第１のバイパス接続導体６ａの一端は第１の外部出力導体５ａに接続され、他端はバイパス部４の高電位側に接続される。第２のバイパス接続導体６ｂの一端は第２の外部出力導体５ｂに接続され、他端はバイパス部４の低電位側に接続されている。
　第１のバイパス接続導体６ａは第１の外部出力導体５ａからバイパス部４の高電位側へ向かう経路の方向である矢印１２ａと平行な第１の方向（図７においてｚ方向）に垂直な方向である第２の方向（図７においてｙ方向）に沿うように延伸されて形成された第１の部位１１ａを有し、同様に第２のバイパス接続導体６ｂは第２の外部出力導体５ｂからバイパス部４の低電位側へ向かう経路である第１の方向に垂直な方向である第２の方向に沿うように延伸されて形成された第２の部位１１ｂを有する。さらに、第１のバイパス接続導体６ａの第１の部位１１ａの少なくとも一部は、第１及び第２の方向ともに垂直な第３の方向（図７においてｘ方向）において、第２のバイパス接続導体６ｂの第２の部位１１ｂと重なるように設けられる。
　すなわち、第１のバイパス接続導体６ａの第１の部位１１ａと第２のバイパス接続導体６ｂの第２の部位１１ｂとは第２の方向である矢印１２ｂで示した同じ電流の向きになっており、第３の方向において互いに隣り合って対向してするように配置されている。また、第１の部位１１ａは第１の面１３ａを有する様に板状に設けられ、第２の部位１１ｂは第２の面１３ｂを有する様に板状に設けられ、第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂはそれぞれ第３の方向に平行であり、第１の部位１１ａ及び第２の部位１１ｂは第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂに平行な方向において互いに隣り合うように配置されている。
　第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂがそれぞれ第３の方向に平行である場合、第１のバイパス接続導体６ａをバイパス部４と第１の外部出力導体５ａに接続した部分及び第２のバイパス接続導体６ｂをバイパス部４と第２の外部出力導体５ｂに接続した部分にて、バイパス部４に短絡電流が流れた場合の電磁反発力の影響を軽減することができる。これにより第１のバイパス接続導体６ａ、第２のバイパス接続導体６ｂ、第１の外部出力導体５ａ及び第２の外部出力導体５ｂの変形を抑制することが可能となる。
　図９Ｂは、図９Ａにおける屈曲形状を板状の導体を湾曲させて構成したもので、第１のバイパス接続導体６ａを湾曲形状導体８ａで、第２のバイパス接続導体６ｂを湾曲形状導体８ｂで構成している。この構造においても第１のバイパス接続導体６ａ及び第２のバイパス接続導体６ｂにはそれぞれ第２の方向（ｙ方向）に沿うように延伸されて形成された第１の部位１１ａと第１の面１３ａ及び第２の方向に沿うように延伸されて形成された第２の部位１１ｂと第２の面１３ｂを有しており、第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂにおいて、空間的に電流は同じ方向に流れる。バイパス接続導体の形状以外の動作は図９Ａと同様である。
　図９Ａでは１つの板状の導体を折曲させて屈曲形状を形成したバイパス接続導体を示していたが、図９Ｃにおいては第１及び第２のバイパス接続導体６ａ、６ｂは矩形のＵ字形状（コの字形状）導体９ａ、Ｌ字形状導体９ｂ及び直線形状導体９ｅを連結して、図９Ａの折曲形状導体７ａ、７ｂと同様な折曲形状を構成している。図９Ａの折曲形状導体７ａ、７ｂは１つの導体で形成するために加工が難しいが、簡単な加工の導体を複数組み合わせることで同様な形状を得られる。バイパス接続導体の形状以外は前述図９Ａの動作と同様である。
　図９Ｄは、図９Ｃの変形例であり、第１及び第２のバイパス接続導体６ａ、６ｂを矩形のＳ字形状導体９ｃを連結して折曲形状導体７ａ、７ｂと同様な折曲形状を構成している。前述の図９Ｃの構成と比べて、使用する形状導体の種類を３種類から１種類に減らすことができる。バイパス接続導体の形状以外は前述図９Ａの動作と同様である。
　図９Ｅは、図９Ｄの変形例であり、矩形のＳ字形状導体９ｃを矩形のＵ字形状導体９ａに置き換えたものである。この矩形のＵ字形状導体９ａは、第１のバイパス接続導体６ａにおいて平面部が左側すなわち第２のバイパス接続導体６ｂに近づくように取付け、第２のバイパス接続導体６ｂの矩形のＵ字形状導体９ａの平面部は右側すなわち第１のバイパス接続導体６ａに近づくよう対向させて取付ける。バイパス接続導体の形状以外は前述図９Ａの動作と同様である。
　図９Ｂでは１つの板状の導体を湾曲させて屈曲形状を形成したバイパス接続導体を示していたが、図９Ｆにおいては第１及び第２のバイパス接続導体６ａ、６ｂはＵ字形状導体９ｄ、Ｌ字形状導体９ｂ及び直線形状導体９ｅを連結して図９Ｂの湾曲形状導体８ａ、８ｂと同様な湾曲形状を構成している。図９Ｂの湾曲形状導体８ａ、８ｂは１つの導体で形成するために加工が難しいが、簡単な加工の導体を複数組み合わせることで同様な形状を得られる。外部出力導体の形状以外は前述図９Ａの動作と同様である。
　図９Ｇは、直線形状であるバイパス接続導体を示している。第１のバイパス接続導体１０６ａと第２のバイパス接続導体１０６ｂは直線形状である。第１のバイパス接続導体１０６ａの一端は第１の外部出力導体１０５ａに接続され、他端はバイパス部１０４の高電位側に接続されている。第２のバイパス接続導体１０６ｂの一端は第２の外部出力導体１０５ｂに接続され、他端はバイパス部１０４の低電位側に接続されている。第１のバイパス接続導体１０６ａと第２のバイパス接続導体１０６ｂの電流は矢印で示すように反対向きの流れになっており、向かい合う配置になっている。
　次に、図９Ａ～図９Ｆに示した本実施の形態に係るバイパス接続導体の形状の作用効果について、図９Ｇと比較して説明する。
　まず、図９Ｇにおいては、第１のバイパス接続導体１０６ａ、第２のバイパス接続導体１０６ｂが直線形状であり、第１の外部出力導体１０５ａ、第２の外部出力導体１０５ｂとバイパス部１０４との接続が最短である。そのため、第１のバイパス接続導体１０６ａの自己インダクタンス（Ｌａ0）と第２のバイパス接続導体１０６ｂの自己インダクタンス（Ｌｂ0）が小さい。また、第１のバイパス接続導体１０６ａと第２のバイパス接続導体１０６ｂは向かい合う配置になっておりその電流は異なる向きの流れになっているため、負の相互インダクタンス（－Ｍ）が発生する。合成インダクタンスＬbp0は、次式（３）で表される。
　　　Ｌbp0＝Ｌａ0＋Ｌｂ0－２Ｍ　　　・・・（３）
　一方、図９Ａにおいては、第１のバイパス接続導体６ａ、第２のバイパス接続導体６ｂは屈曲形状を有してしているので配線長が長くなり、第１のバイパス接続導体６ａの自己インダクタンス（Ｌａ1：Ｌａ1＞Ｌａ0）と第２のバイパス接続導体６ｂの自己インダクタンス（Ｌｂ1：Ｌｂ1＞Ｌｂ0）は最短の配線長より増加する。また、第１のバイパス接続導体６ａの第１の部位１１ａと第２のバイパス接続導体６ｂの第２の部位１１ｂとは空間的に電流は同じ向きの流れになっており、さらに、電流の方向に沿って向かい合う配置になっているため、正の相互インダクタンス（＋Ｍ）が発生する。合成インダクタンスＬbp1は、次式（４）で表される。
　　　Ｌbp1＝Ｌａ1＋Ｌｂ1＋２Ｍ　　　・・・（４）
　Ｌbp1＞Ｌbp0　　となることがわかる。
　すなわち、従来よりも合成インダクタンスが増加することにより、図４の太線で示した短絡電流は抑制されてからバイパス部４に流れるため、バイパス部４の破損を抑制できる
　図９Ｂ～図９Ｆのバイパス接続導体の形状においても、図９Ａと同様に従来よりも合成インダクタンスが増加することにより、同様の効果を奏することができる。図４の太線で示した短絡電流は抑制されてからバイパス部４に流れるため、バイパス部４の破損を抑制できる。
　図９Ａ～図９Ｆにおいて、第１の方向に対し、第２の方向が垂直の例を示したが、第２の方向は第１の方向に対し交差していれば、垂直方向である必要はない。第２の方向に流れる電流が第１の方向に対して垂直な方向の成分を有していればよい。また、屈曲形状の配置によっては、第２の方向に流れる電流において、逆方向となる箇所がある場合は、電流が同じ方向の成分が逆方向の成分よりも大きくなるようにすれば、上述の式（４）の３項が正となり、短絡電流は抑制されてからバイパス部４に流れることになる。
　例えば図９Ｈは図９Ｂの変形例である。図９Ｂにおける第２の方向である矢印１２ｂに対し、図９Ｈは、第２の方向が第１のバイパス接続導体６ａにおいては矢印１２ｄの方向に、第２のバイパス接続導体６ｂにおいては矢印１２ｅの方向になるように屈曲形状を形成したことを示した図である。矢印１２ｄ、１２ｅの各々は、例えば、矢印１２ｂから３０度以内の角度範囲にある。また、矢印１２ｄと矢印１２ｅとの角度が、例えば６０度以内である。この場合も、第１の部位１１ａと第２の部位１１ｂとは同じ電流の向き１２ｂの成分による効果を奏することが可能であり、第１の部位１１ａが有する第１の面１３ａと第２の部位１１ｂとが有する第２の面１３ｂの平行成分による効果、すなわち、バイパス部４に短絡電流が流れた場合の電磁反発力の影響を軽減する効果も奏することが可能となる。
　さらに、図９Ｉは図９Ｂの別の変形例である。第１のバイパス接続導体６ａ、第２のバイパス接続導体６ｂにおいて、ともに矢印１２ｄの方向になるように屈曲形状を形成したものである。矢印１２ｄは、例えば矢印１２ｂから４５度以内の角度範囲にある。この場合も、第１の部位１１ａと第２の部位１１ｂとは同じ電流の向き１２ｂの成分による効果を奏することが可能であり、第１の部位１１ａが有する第１の面１３ａと第２の部位１１ｂとが有する第２の面１３ｂは平行であり、バイパス部４に短絡電流が流れた場合の電磁反発力の影響を軽減する効果も奏することが可能となる。
　図９Ｂの変形例を２例挙げたが、図９Ａ、図９Ｃ～図９Ｆも同様に、第２の方向が第１の方向に対し交差していれば、垂直方向である必要はなく、第２の方向に流れる電流が第１の方向に対して垂直な方向の成分を有していればよい。
　このように、実施の形態２においても、第２の方向は第１の方向に対し垂直方向でなくてもよく、所定範囲内の角度で交差するような方向であり、第１の方向に対し垂直方向の成分の同じ電流の向きの成分を有し、屈曲形状を設けることによる電流の成分のうち、電流が同じ方向の成分が逆向きの成分より大きくなるようにすればよい。
　また、図示しないが、バイパス部４の設置場所から外側に位置するセル変換器の筐体２００までの空間にはスイッチング素子１ａ、１ｂ及びバイパス部４の駆動用の基板及び電源が存在するため、正の相互インダクタンス（＋Ｍ）が発生する構成とすることで、自己インダクタンスを増加させるためにバイパス部４の設置場所から外側に位置する空間までバイパス接続導体の横方向の長さを延伸する必要が無く、バイパス接続導体を小型化構成することが出来る。
　以上のように、実施の形態２によれば、第１のバイパス接続導体６ａの形状と、第２のバイパス接続導体６ｂの形状とを、屈曲形状を有するように構成し、第１及び第２の外部出力導体５ａ、５ｂとの接続からバイパス部４との接続の方向すなわち、筐体の上下方向に対しそれぞれ垂直な方向に延伸された第１及び第２の部位を持ち、それら第１及び第２の部位が空間的に少なくとも重なるよう、セル変換器に二重異常が発生した場合に、それら第１及び第２の部位は、空間的に電流の向きが同じ方向になるようにしたので、インダクタンスを増加させるにより、バイパス部４に流れる過電流を抑制でき、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。筐体内の空間を利用して上述の各バイパス接続導体６ａ、６ｂの屈曲形状を配置でき、セル変換器のサイズを大きくすることなく、いずれかのセル変換器に二重異常が発生した場合にも運転の継続が可能となる小型で安価な電力変換装置を得ることが可能となる。
　また、実施の形態１の外部出力導体５ａ、５ｂには定常動作であるモード１からモード４においても電流が流れて外部出力導体５ａ、５ｂのインダクタンス増加に伴う電力損失の増加が発生するので、外部出力導体５ａ、５ｂのインダクタンスが増加しない実施の形態２のほうが電力損失面ではより効果を奏する。
　なお、上記実施の形態１においては、外部出力導体５ａ、５ｂが屈曲形状を有するように、上記実施の形態２においては、バイパス接続導体６ａ、６ｂが屈曲形状を有するように構成したが、実施の形態１と２を組み合わせてもよい。その場合、隣接した導体間に電流の向きが異なる箇所が増加しないように配置を配慮する必要がある。
　また、外部出力導体５ａ、５ｂ及びバイパス接続導体６ａ、６ｂを板状に導体を用いる例について説明したが、板状に限定されるものではない。
　本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１ａ，１ｂ：スイッチング素子、　２：コンデンサ、　３ａ，３ｂ：主回路導体、　４：バイパス部、　５ａ：第１の外部出力導体、　５ｂ：第２の外部出力導体、　６ａ：第１のバイパス接続導体、　６ｂ：第２のバイパス接続導体、　７ａ，７ｂ：折曲形状導体、　８ａ，８ｂ：湾曲形状導体、　９ａ：矩形のＵ字形状導体、　９ｂ：Ｌ字形状導体、　９ｃ：矩形のＳ字形状導体、　９ｄ：Ｕ字形状導体、　９ｅ：直線形状導体、　１０ａ：第１の導体部、　１０ｂ：第２の導体部、　１１ａ：第１の部位、　１１ｂ：第２の部位、　１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ：矢印、　１３ａ：第１の面、　１３ｂ：第２の面、　Ｘ１，Ｘ２：外部端子、　１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ：セル変換器

Claims (10)

  1. 　電力変換を行うセル変換器が複数個直列に接続された電力変換装置であって、
    　前記各セル変換器は、
    　スイッチング素子と、
    　コンデンサと、
    　前記スイッチング素子と前記コンデンサとを接続する主回路導体と、
    　他の前記セル変換器に接続する２つの外部端子と、
    　前記２つの外部端子の間に配置され、バイパス接続されるバイパス部と、
    　前記２つの外部端子の一方と前記主回路導体及び前記バイパス部とを接続する第１の導体部と、
    　前記２つの外部端子の他方と前記主回路導体及び前記バイパス部とを接続する第２の導体部とを備え、
    前記第１及び第２の導体部は、前記主回路導体から前記バイパス部までの間において、前記主回路導体から前記バイパス部までの経路である第１の方向に対し、前記第１の方向に交差する方向である第２の方向に延伸された部位をそれぞれ有するように屈曲形状で構成され、前記第１の導体部の前記第２の方向に延伸された第１の部位と前記第２の導体部の前記第２の方向に延伸された第２の部位とは、前記第１及び第２の方向と交差する第３の方向において少なくとも一部互いに重なるように設けられ、
    前記コンデンサから前記バイパス部へ電流が流れた時に前記第１の部位と前記第２の部位とに同じ向きの電流が流れる、電力変換装置。
  2. 　前記第１の導体部は、
    前記２つの外部端子の一方の外部端子と前記主回路導体との間を接続する第１の外部出力導体と、
    前記第１の外部出力導体と前記バイパス部の一端とを接続する第１のバイパス接続導体とを含み、
    前記第２の導体部は、
    前記２つの外部端子の他方の外部端子と前記主回路導体との間を接続する第２の外部出力導体と、
    前記第２の外部出力導体と前記バイパス部の他端とを接続する第２のバイパス接続導体とを含み、
    前記第１の部位は、前記第１のバイパス接続導体に設けられ、
    前記第２の部位は、前記第２のバイパス接続導体に設けられた、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記第１の部位は１つの導体部材である前記第１のバイパス接続導体の一部が折曲されて形成され、前記第２の部位は１つの導体部材である前記第２のバイパス接続導体の一部が折曲されて形成された請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記第１の部位は１つの導体部材である前記第１のバイパス接続導体の一部が湾曲されて形成され、前記第２の部位は１つの導体部材である前記第２のバイパス接続導体の一部が湾曲されて形成された請求項２に記載の電力変換装置。
  5. 　前記第１及び第２のバイパス接続導体は、Ｌ字形状、Ｓ字形状、Ｕ字形状、直線形状からなる導体のうちから組み合わされて構成されたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
  6. 　前記第１の導体部は、
    前記２つの外部端子の一方の外部端子と前記主回路導体との間を接続する第１の外部出力導体と、
    前記第１の外部出力導体と前記バイパス部の一端とを接続する第１のバイパス接続導体とを含み、
    前記第２の導体部は、
    前記２つの外部端子の他方の外部端子と前記主回路導体との間を接続する第２の外部出力導体と、
    前記第２の外部出力導体と前記バイパス部の他端とを接続する第２のバイパス接続導体とを含み、
    前記第１の部位は、前記第１の外部出力導体に設けられ、
    前記第２の部位は、前記第２の外部出力導体に設けられた、請求項１に記載の電力変換装置。
  7. 　前記第１の外部出力導体は、前記主回路導体から前記第１のバイパス接続導体との接続部の間においては、１つの導体部材で構成され、前記第１の部位は１つの導体部材である前記第１のバイパス接続導体の一部が折曲されて形成され、
    　前記第２の外部出力導体は、前記主回路導体から前記第２のバイパス接続導体との接続部の間においては、１つの導体部材で構成され、前記第２の部位は１つの導体部材である前記第２のバイパス接続導体の一部が折曲されて形成された請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 　前記第１の外部出力導体は、前記主回路導体から前記第１のバイパス接続導体との接続部の間においては、１つの導体部材で構成され、前記第１の部位は１つの導体部材である前記第１のバイパス接続導体の一部が湾曲されて形成され、
    　前記第２の外部出力導体は、前記主回路導体から前記第２のバイパス接続導体との接続部の間においては、１つの導体部材で構成され、前記第２の部位は１つの導体部材である前記第２のバイパス接続導体の一部が湾曲されて形成された請求項６に記載の電力変換装置。
  9. 　前記第１及び第２の外部出力導体は、Ｌ字形状、Ｓ字形状、Ｕ字形状、直線形状からなる導体のうちから組み合わされて構成されたことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
  10. 　前記第１の部位は前記第３の方向に平行な第１の面を有し、
    前記第２の部位は前記第３の方向に平行な第２の面を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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