WO2021117213A1 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021117213A1
WO2021117213A1 PCT/JP2019/048880 JP2019048880W WO2021117213A1 WO 2021117213 A1 WO2021117213 A1 WO 2021117213A1 JP 2019048880 W JP2019048880 W JP 2019048880W WO 2021117213 A1 WO2021117213 A1 WO 2021117213A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switching element
negative
capacitor
bus bar
positive
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/048880
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
公之 小柳
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to EP19955445.2A priority Critical patent/EP4075657A4/en
Priority to JP2021563558A priority patent/JP7203249B2/ja
Priority to US17/770,659 priority patent/US11973413B2/en
Priority to PCT/JP2019/048880 priority patent/WO2021117213A1/ja
Publication of WO2021117213A1 publication Critical patent/WO2021117213A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • 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
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • This application relates to a power conversion device.
  • a modular multi-level converter connects a switching element such as an IGBT that can be turned on and off and the output terminal of a cell converter composed of a direct current capacitor in series, so that the voltage is higher than the withstand voltage of the switching element. It is a circuit method that can output.
  • This MMC is expected to be applied to DC power transmission systems (HVDC), static power compensators (STATCOM), and the like.
  • the MMC is configured by connecting a plurality of cell converters in series (cascade). Each cell converter consists of a main circuit consisting of a switching element and a DC capacitor, and an external terminal for cascade connection with other cell converters, and an external conductor is used for bridging between the switching elements. There is.
  • Patent Document 2 DC capacitors used in parallel are mounted at the same distance with respect to the switching element. Therefore, the wiring inductance in the bus bar connecting the switching element and each DC capacitor is basically the same between the switching element and each DC capacitor. Therefore, the magnitude of the current flowing from the switching element to each DC capacitor is basically the same.
  • the width of the cell converter becomes wider in the installation configuration of the power converter for HVDC. It ends up. Therefore, it is necessary to reduce the number of cell converters that can be stored in the cell converter storage frame or increase the horizontal dimension of the cell converter storage frame.
  • the present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and even if the number of DC capacitors used in parallel is increased while keeping the magnitude of the current flowing through each DC capacitor the same, the cell is used.
  • the purpose is to obtain a power converter that does not increase the width of the converter.
  • the power conversion device disclosed in the present application includes a first switching element and a second switching element each having a positive terminal and a negative terminal, and a plurality of DC capacitors having a positive terminal and a negative terminal, respectively.
  • the negative terminal of the one switching element and the positive terminal of the second switching element are connected, and the direct current of each of the plurality of DC capacitors is connected between the positive terminal of the first switching element and the negative terminal of the second switching element.
  • the first switching element, the second switching element, and the plurality of DC capacitors are connected in this order, or the second switching element, the first switching element, and the plurality of DC capacitors.
  • the positive terminal and the negative terminal are arranged so as to be arranged on the same side in this order, and the positive terminal of the first switching element and the positive terminal of each of the plurality of DC capacitors are connected to each other.
  • the same number as the number of DC capacitors that connect a plurality of positive bus bars which is the same number as the number of DC capacitors, and the negative terminal of the second switching element and the negative terminal of each of the plurality of DC capacitors.
  • the adjustment positive-side bus bar which is a positive-side bus bar other than the positive-side bus bar connected to the DC capacitor farthest to the first switching element, is provided.
  • the length between the positive terminal of the first switching element and the positive terminal of the DC capacitor to which the adjustment positive bus bar is connected is such that the positive terminal of the first switching element and the adjustment positive bus bar have a length.
  • the DC capacitor on the side farthest from the second switching element among the plurality of negative side bus bars has an inductance adjusting unit that bypasses the DC capacitor to be connected so as to be longer than the linear distance between the positive terminal terminals.
  • the adjusted negative bus bar which is a negative bus bar other than the connected negative bus bar, has a length between the negative terminal of the second switching element and the negative terminal of the DC capacitor to which the adjusted negative bus bar is connected. However, it has an inductance adjusting portion that bypasses the negative terminal of the second switching element so as to be longer than the linear distance between the negative terminal of the DC capacitor to which the adjusting negative side bus bar is connected.
  • the width of the cell converter does not increase even if the number of DC capacitors used in parallel is increased while keeping the magnitude of the current flowing through each DC capacitor the same. A power converter is obtained.
  • FIG. 1st schematic diagram which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. 2nd schematic diagram which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is a 3rd schematic diagram which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is a 2nd figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a 3rd figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a 4th figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a 5th figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a sixth figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is the schematic which shows another structure of the power conversion apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows still another structure of the power conversion apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the structure in the case where the power conversion apparatus according to Embodiment 1 is a cell converter.
  • FIG. 1 It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit when the power conversion apparatus according to Embodiment 1 is a cell converter. It is a schematic diagram which shows the structure of the power conversion apparatus for HVDC which used the power conversion apparatus according to Embodiment 1 as a cell converter. It is a 1st schematic diagram which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 2. FIG. It is a 2nd schematic diagram which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 2. FIG. It is a 3rd schematic diagram which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 2. FIG. It is a fourth schematic diagram which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 2. FIG. It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the power conversion apparatus according to Embodiment 2.
  • FIG. 2nd figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a third figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus by Embodiment 2.
  • FIG. It is a 4th figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus by Embodiment 2.
  • FIG. It is a 5th figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus by Embodiment 2.
  • FIG. 1 It is a 7th figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus by Embodiment 2.
  • FIG. 2 It is the 8th figure for demonstrating the connection state of the bus bar of the power conversion apparatus by Embodiment 2.
  • FIG. It is the schematic which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 3.
  • Embodiment 1. 1 to 3 are schematic views showing a component configuration of the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a top view
  • FIGS. 2 and 3 are side views
  • FIG. 2 is a side view showing the bus bars shown in the top view of FIG. 1 with some bus bars removed.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the power conversion device shown in FIGS. 1 to 3. That is, FIGS. 1 to 3 are schematic views in which the components on the circuit shown in FIG. 4 are arranged.
  • the power conversion device according to the first embodiment includes a first switching element 1a incorporating a first switch and a first diode connected in antiparallel to the first switch, and a second switch and a second switch.
  • Switching by attaching a second switching element 1b containing a second diode connected in antiparallel, a first DC capacitor 2a, a second DC capacitor 2b, a first switching element 1a, and a second switching element 1b.
  • It is a power conversion device including a cooler 3 for cooling an element.
  • the first switching element 1a and the second switching element 1b are attached to the flat surface portion of the cooler 3 by a fixing member such as a screw so as to be parallel to the shape of the cooler 3 in the X direction.
  • the first switching element 1a, the second switching element 1b, the first DC capacitor 2a, and the second DC capacitor 2b each have a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and all the positive electrode terminals and the negative electrode terminals are the same.
  • first switching element 1a and the second switching element 1b are adjacent to each other, and the first DC capacitor 2a and the second DC capacitor 2b are adjacent to each other.
  • the DC capacitor arranged on the side far from the switching element is referred to as the first DC capacitor 2a.
  • each electric component is electrically connected by a bus bar.
  • the midpoint bus bar 10c bridge-connects the negative electrode terminal Ea of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Cb of the second switching element 1b.
  • the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the first DC capacitor 2a are the first positive side bus bars 11p, and the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b. Is the second positive side bus bar 12p, which is electrically connected to each other.
  • the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Na of the first DC capacitor 2a are the first negative side bus bar 11n, and the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b. Is the second negative side bus bar 12n, which is electrically connected to each other.
  • the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a of the second positive side bus bar 12p and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b is the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the second DC. It has an inductance adjusting unit 32p that bypasses the capacitor 2b so that it is longer than the linear distance between the positive electrode terminals Pb.
  • the second positive bus bar 12p having the inductance adjusting portion 32p may be referred to as the adjusting positive bus bar 12p.
  • the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b of the second negative side bus bar 12n and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b is the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the second DC capacitor. It has an inductance adjusting unit 32n that detours so as to be longer than the linear distance between the negative electrode terminals Nb of the above.
  • the second negative bus bar 12n having the inductance adjusting portion 32n may be referred to as an adjusting negative bus bar 12n.
  • Each bus bar is formed of, for example, a plate-shaped metal, and the plate surfaces of the positive bus bar and the negative bus bar connected to each DC capacitor face each other with an insulating member 40 indicated by a chain double-dashed line between them. They are arranged one on top of the other. That is, the first positive side bus bar 11p and the first negative side bus bar 11n are arranged so as to be overlapped with the insulating member 40 interposed therebetween, and the second positive side bus bar 12p and the second negative side bus bar 12n are located between them. They are arranged so as to be stacked with the insulating member 40 interposed therebetween.
  • a set of two busbars connected to the first DC capacitor 2a and a set of two busbars connected to the second DC capacitor 2b are arranged so as to overlap each other, and an insulating member 40 is provided between them. Is also good.
  • the first negative side bus bar 11n is arranged closer to the switching element and the DC capacitor than the first positive side bus bar 11p, but the reverse is also possible.
  • the second negative side bus bar 12n is arranged closer to the switching element and the DC capacitor than the second positive side bus bar 12p, but the reverse is also possible.
  • FIG. 5A to 5F are perspective views for showing the state of each bus bar in an easy-to-understand manner.
  • FIG. 5A shows a state without a bus bar.
  • FIG. 5B shows a state in which the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Na of the first DC capacitor 2a are connected by the first negative side bus bar 11n.
  • FIG. 5C shows a state in which the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pa of the first DC capacitor 2a are connected by the first positive bus bar 11p.
  • FIG. 5D shows a state in which the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b are connected by the second negative bus bar 12n having the inductance adjusting unit 32n.
  • FIG. 5E shows a state in which the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b are connected by the second positive bus bar 12p having the inductance adjusting portion 32p.
  • FIG. 5F shows a state in which the negative electrode terminal Ea of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Cb of the second switching element 1b are connected by the midpoint bus bar 10c.
  • FIG. 6 is a schematic view showing another component configuration of the power conversion device according to the first embodiment.
  • the arrangement of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the DC capacitor is not limited to the arrangement shown in FIG. 1, and as shown in FIG. 6, the positive electrode terminal may be on the side far from the switching element. Either the positive electrode terminal or the negative electrode terminal may be on the side farther from the switching element. However, it is preferable that the positive electrode terminals and the negative electrode terminals of each DC capacitor are arranged in the same order. However, the distance between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pa of the first DC capacitor 2a and the distance between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b.
  • the positive electrode terminals and the negative electrode terminals of the first DC capacitor 2a and the second DC capacitor 2b have the same arrangement so that the difference between them is the same.
  • FIG. 7 is a schematic view showing still another component configuration of the power conversion device according to the first embodiment.
  • the first switching element 1a and the second switching element 1b are any switching as long as the negative electrode terminal Ea of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Cb of the second switching element 1b are connected.
  • the element may be arranged on the side closer to the DC capacitor. Further, regarding the switching element, the arrangement of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of each switching element may be reversed.
  • the arrangement of the first switching element 1a and the second switching element 1b, and the arrangement of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are not limited in any order. Further, regarding the first DC capacitor 2a and the second DC capacitor 2b, it is preferable that the positive electrode terminals and the negative electrode terminals are arranged in the same arrangement.
  • the wiring inductance of the positive bus bar is Lp1
  • each inductance adjustment unit adjusts the length of each inductance adjustment unit so that That is, by adjusting the length from the switching element to the DC capacitor by bending or bending in the inductance adjusting unit 32p and the inductance adjusting unit 32n, it is possible to eliminate the current variation between the DC capacitors.
  • each busbar there are two busbars through which currents having different paths for the switching element and the first DC capacitor 2a and different paths for the switching element and the second DC capacitor 2b flow.
  • the current value flowing through each busbar is halved compared to the conventional busbar configuration, and if the thickness is the same as the conventional one, the heat generated by the busbar at the same current is reduced as compared with the conventional one.
  • the output current of the power converter can be increased.
  • each busbar can be reduced to half the thickness of the conventional one, and the processing work such as bending of the busbar becomes easy, and the busbar alone can be used alone. Since the weight is lightened, the assembly work becomes easy.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration when the power converter according to the first embodiment is a cell converter 60
  • FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit thereof.
  • the difference from FIGS. 1 and 4 in FIGS. 8 and 9 is that the external terminal X1, the first negative busbar 11n, and the second negative busbar 12n are located at the positions at the ends of the cell converter 60 of the midpoint busbar 10c.
  • the external terminal X2 is provided at a position where the cell converter 60 is connected and becomes an end portion of the cell converter 60.
  • the external terminal X1 and the external terminal X2 are located on the front side of the cell converter 60.
  • FIG. 10 is a schematic view showing an installation configuration of a general power converter for HVDC, and shows a connection configuration using a plurality of cell converters 60 shown in FIG.
  • a plurality of cell converters 60 are arranged in the horizontal Y direction and housed in one cell converter housing 61.
  • FIG. 10 shows an example in which four cell converters 60 are housed in one cell converter housing 61.
  • the cell converter 60 has an external terminal X1 and an external terminal X2, and is between the external terminal X1 of the cell converter 60 and the external terminal X2 of another cell converter 60 adjacent to the cell converter 60.
  • Cell converters 60 are connected in series.
  • a configuration in which a plurality of cell converters 60 housed in the cell converter housing 61 are connected in series, that is, cascaded is referred to as a valve 63.
  • a plurality of valves 63 are stacked in the vertical direction (height direction, Z direction) and connected via the valve-to-valve connecting conductor 64 to increase the number of cell converters 60 connected in series. , Can be further increased than consisting of a single valve.
  • An insulating structure 65 is arranged between the valves 63 so that an electrical short circuit does not occur between the maximum potential of the cell converter 60 cascaded and the other reference potential, and the other valves 63 and the reference potential 66 are arranged. The distance from is secured.
  • the structure composed of the plurality of valves 63 and the plurality of insulating structures 65 is referred to as a valve tower 67.
  • the valve tower 67 is housed in the valve hole 68 so as not to be directly affected by the external environment such as rain and temperature.
  • the dimension of the cell converter 60 in the Y direction does not increase, so that the cell converter housing 61 It is possible to avoid an increase in dimensions in the Y direction.
  • the dimensions of the cell converter housing 61 in the Y direction are restricted, it is not necessary to reduce the number of cell converters 60 that can be stored in the cell converter housing 61. Since the number of cell converters 60 in one valve 63 does not decrease, it is not necessary to add valves 63 in the vertical direction, and the height of the valve tower 67 does not increase, so that the distance from the ceiling portion of the valve hole 68 becomes narrow. There is no such thing. Therefore, even if the output current rating of the cell converter 60 alone is increased, there is no problem that the overall output of the power converter is decreased.
  • Embodiment 2 11 to 14 are schematic views showing a component configuration of the power conversion device according to the second embodiment.
  • 11 is a top view
  • FIGS. 12 to 14 are side views
  • FIGS. 12 and 13 are side views showing the bus bars shown in FIG. 11 with some bus bars removed.
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the power conversion device shown in FIGS. 11 to 14. That is, FIGS. 11 to 14 are schematic views in which the components on the circuit shown in FIG. 15 are arranged.
  • the power conversion device according to the second embodiment is a power conversion device having three DC capacitors, which is one more than the power conversion device of the first embodiment.
  • the first switching element 1a and the second switching element 1b have the same configuration as that of the first embodiment.
  • the DC capacitor three DC capacitors, a first DC capacitor 2a, a second DC capacitor 2b, and a third DC capacitor 2c, are provided.
  • the first switching element 1a, the second switching element 1b, the first DC capacitor 2a, the second DC capacitor 2b, and the third DC capacitor 2c each have a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and all the positive electrodes have a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.
  • the terminals and the negative electrode terminals are arranged linearly in the X direction so that they are arranged on the same side.
  • first switching element 1a and the second switching element 1b are adjacent to each other, and the first DC capacitor 2a, the second DC capacitor 2b, and the third DC capacitor 2c are arranged in this order, and the side farthest from the switching element.
  • the DC capacitor arranged in is referred to as a first DC capacitor 2a.
  • each electric component is electrically connected by a bus bar.
  • the midpoint bus bar 10c bridge-connects the negative electrode terminal Ea of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Cb of the second switching element 1b.
  • the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the first DC capacitor 2a are the first positive side bus bars 11p, and the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b.
  • Is a second positive side bus bar 12p, and the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pc of the third DC capacitor 2c are electrically connected to each other by the third positive side bus bar 13p.
  • the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Na of the first DC capacitor 2a are the first negative side bus bars 11n, and the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b.
  • the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a of the second positive side bus bar 12p and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b is the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the second DC. It has an inductance adjusting unit 32p that bypasses the capacitor 2b so that it is longer than the linear distance between the positive electrode terminals Pb.
  • the second positive bus bar 12p having the inductance adjusting portion 32p may be referred to as the adjusting positive bus bar 12p.
  • the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b of the second negative side bus bar 12n and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b is the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the second DC capacitor. It has an inductance adjusting unit 32n that detours so as to be longer than the linear distance between the negative electrode terminals Nb of the above.
  • the second negative bus bar 12n having the inductance adjusting portion 32n may be referred to as an adjusting negative bus bar 12n.
  • the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a of the third positive side bus bar 13p and the positive electrode terminal Pc of the third DC capacitor 2c is the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the third DC. It has an inductance adjusting unit 33p that bypasses the capacitor 2c so as to be longer than the linear distance between the positive electrode terminals Pc.
  • the third positive bus bar 13p having the inductance adjusting portion 33p may be referred to as the adjusting positive bus bar 13p.
  • the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b of the third negative side bus bar 13n and the negative electrode terminal Nc of the third DC capacitor 2c is the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the third DC capacitor. It has an inductance adjusting unit 33n that bypasses the distance between the negative electrode terminals Nc of 2c so as to be longer than the linear distance.
  • the third negative bus bar 13n having the inductance adjusting portion 33n may be referred to as an adjusting negative bus bar 13n.
  • Each busbar is made of, for example, a plate-shaped metal, and the positive side busbar and the negative side busbar connected to each DC capacitor face each other with an insulating member 40 indicated by an alternate long and short dash line interposed therebetween. They are arranged one on top of the other. That is, the first positive side bus bar 11p and the first negative side bus bar 11n are arranged so as to be overlapped with the insulating member 40 interposed therebetween, and the second positive side bus bar 12p and the second negative side bus bar 12n are located between them. The third positive side bus bar 13p and the third negative side bus bar 13n are arranged so as to be overlapped with the insulating member 40 interposed therebetween.
  • a set of two busbars connected to the first DC capacitor 2a, a set of two busbars connected to the second DC capacitor 2b, and two busbars connected to the third DC capacitor 2c may be arranged so as to be overlapped with each other, and the insulating member 40 may be provided between them.
  • a set of busbars connected to the first DC capacitor 2a arranged farthest between the set of busbars connected to the second DC capacitor 2b and the set of busbars connected to the third DC capacitor 2c is shown. It has an arranged configuration. However, the order in which the busbars are arranged is not limited to this. For example, on the side closest to the electrical component, a set of busbars connected to the first DC capacitor 2a arranged farthest is arranged, then a set of busbars connected to the second DC capacitor 2b is arranged, and the most. A set of busbars connected to the third DC capacitor 2c can also be arranged on the outside. Further, the busbar set connected to the second DC capacitor 2b and the busbar set connected to the third DC capacitor 2c in FIG. 11 may be interchanged.
  • the second switching element 1b is arranged closer to the DC capacitor than the first switching element 1a, the arrangement may be reversed.
  • the arrangement of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of each switching element is such that the arrangement of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of any one of the switching elements is opposite to the arrangement shown in FIG. In both the switching elements 1b, the arrangement of the positive electrode terminals and the negative electrode terminals may be opposite to the arrangement shown in FIG.
  • the arrangement of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is not limited to the arrangement shown in FIG.
  • the distance between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pa of the first DC capacitor 2a and the distance between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b The difference, the distance between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Na of the first DC capacitor 2a, and the distance between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b. It is preferable that the difference between the two is the same.
  • the third DC capacitor 2c and it is preferable that the positive electrode terminals and the negative electrode terminals of the three DC capacitors have the same arrangement.
  • FIG. 16A to 16H are perspective views for showing the state of each bus bar in an easy-to-understand manner.
  • FIG. 16A shows a state without a bus bar.
  • FIG. 16B shows a state in which the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b are connected by the second negative bus bar 12n having the inductance adjusting unit 32n.
  • FIG. 16C shows a state in which the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b are connected by the second positive bus bar 12p having the inductance adjusting portion 32p.
  • FIG. 16A shows a state without a bus bar.
  • FIG. 16B shows a state in which the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b are connected by the second negative bus bar 12n having the inductance adjusting unit 32n.
  • FIG. 16C shows a state in which the positive electrode
  • FIG. 16D shows a state in which the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Na of the first DC capacitor 2a are connected by the first negative side bus bar 11n.
  • FIG. 16E shows a state in which the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pa of the first DC capacitor 2a are connected by the first positive bus bar 11p.
  • FIG. 16F shows a state in which the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nc of the third DC capacitor 2c are connected by the third negative bus bar 13n having the inductance adjusting unit 33n.
  • FIG. 16G shows a state in which the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pc of the third DC capacitor 2c are connected by the third positive bus bar 13p having the inductance adjusting portion 33p.
  • FIG. 16H shows a state in which the negative electrode terminal Ea of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Cb of the second switching element 1b are connected by the midpoint bus bar 10c.
  • the wiring inductance between the switching element and the DC capacitor due to the arrangement of the switching element and the DC capacitor is the wiring inductance of the second positive side bus bar (adjustment positive side bus bar) 12p, that is, the wiring inductance Lpb of Lp2 + inductance adjustment unit 32p.
  • the wiring inductance of the second negative side bus bar (adjustment negative side bus bar) 12n that is, the wiring inductance Lnb of the Ln2 + inductance adjustment unit 32n
  • the wiring inductance of the third negative side bus bar (adjustment negative side bus bar) 13n that is, Ln3 + inductance.
  • the length of each inductance adjusting unit is adjusted so that the wiring inductance Lnc of the adjusting unit 33n becomes the wiring inductance Ln1 of the first negative side bus bar 11n.
  • the current between the DC capacitors is adjusted by bending or bending the length from the switching element to the DC capacitor in the inductance adjusting section 32p and the inductance adjusting section 32n, and the inductance adjusting section 33p and the inductance adjusting section 33n.
  • the variation can be eliminated.
  • each busbar can be made to one-third the thickness of the conventional one, and the processing work such as bending of the busbar or the weight of the busbar alone increases. This makes it possible to solve problems that make assembly work difficult.
  • the dimension of the cell converter 60 in the Y direction does not increase, so that the cell converter housing 61 in the Y direction Increased dimensions can be avoided.
  • the dimensions of the cell converter housing 61 in the Y direction are restricted, it is not necessary to reduce the number of cell converters 60 that can be stored in the cell converter housing 61. Since the number of cell converters 60 in one valve does not decrease, it is not necessary to add valves in the height direction, and the height of the valve tower 67 does not increase, so that the distance from the ceiling portion of the valve hole 68 becomes narrow. There is no. Therefore, even if the output current rating of the cell converter 60 alone is increased, there is no problem that the overall output of the power converter is decreased.
  • FIG. 17 is a schematic view showing a component configuration of the power conversion device according to the third embodiment.
  • the power conversion device according to the third embodiment is a power conversion device having four DC capacitors, which is one more DC capacitor than the power conversion device according to the second embodiment.
  • the first switching element 1a and the second switching element 1b have the same configurations as those in the first and second embodiments.
  • As the DC capacitor four DC capacitors of a first DC capacitor 2a, a second DC capacitor 2b, a third DC capacitor 2c, and a fourth DC capacitor 2d are provided.
  • the first switching element 1a, the second switching element 1b, the first DC capacitor 2a, the second DC capacitor 2b, the third DC capacitor 2c, and the fourth DC capacitor 2d each have a positive electrode terminal and a negative electrode terminal. It is arranged linearly in the X direction so that all the positive electrode terminals and the negative electrode terminals are lined up on the same side. Further, the first switching element 1a and the second switching element 1b are adjacent to each other, and the first DC capacitor 2a, the second DC capacitor 2b, the third DC capacitor 2c, and the fourth DC capacitor 2d are arranged in this order.
  • the DC capacitor arranged on the farthest side from the switching element is referred to as the first DC capacitor 2a.
  • each electric component is electrically connected by a bus bar.
  • the midpoint bus bar 10c bridge-connects the negative electrode terminal Ea of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Cb of the second switching element 1b.
  • the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the first DC capacitor 2a are the first positive side bus bars 11p, and the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b.
  • Is the second positive side bus bar 12p, the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal Pc of the third DC capacitor 2c are the third positive side bus bar 13p, and the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a.
  • the positive electrode terminal Pd of the fourth DC capacitor 2d are electrically connected to each other by the fourth positive side bus bar 14p.
  • the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Na of the first DC capacitor 2a are the first negative side bus bars 11n, and the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b.
  • Is the second negative side bus bar 12n, the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal Nc of the third DC capacitor 2c are the third negative side bus bar 13n, and the negative electrode terminal Eb and the fourth of the second switching element 1b.
  • the negative electrode terminal Nd of the DC capacitor 2d is a fourth negative side bus bar 14n, which is electrically connected to each other.
  • the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a of the second positive side bus bar 12p and the positive electrode terminal Pb of the second DC capacitor 2b is the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the second DC. It has an inductance adjusting unit 32p that bypasses the capacitor 2b so that it is longer than the linear distance between the positive electrode terminals Pb.
  • the second positive bus bar 12p having the inductance adjusting portion 32p may be referred to as the adjusting positive bus bar 12p.
  • the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b of the second negative side bus bar 12n and the negative electrode terminal Nb of the second DC capacitor 2b is the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the second DC capacitor. It has an inductance adjusting unit 32n that detours so as to be longer than the linear distance between the negative electrode terminals Nb of the above.
  • the second negative bus bar 12n having the inductance adjusting portion 32n may be referred to as an adjusting negative bus bar 12n.
  • the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a of the third positive side bus bar 13p and the positive electrode terminal Pc of the third DC capacitor 2c is the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the third DC. It has an inductance adjusting unit 33p that bypasses the capacitor 2c so as to be longer than the linear distance between the positive electrode terminals Pc.
  • the third positive bus bar 13p having the inductance adjusting portion 33p may be referred to as the adjusting positive bus bar 13p.
  • the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b of the third negative side bus bar 13n and the negative electrode terminal Nc of the third DC capacitor 2c is the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the third DC capacitor. It has an inductance adjusting unit 33n that bypasses the distance between the negative electrode terminals Nc of 2c so as to be longer than the linear distance.
  • the third negative bus bar 13n having the inductance adjusting portion 33n may be referred to as an adjusting negative bus bar 13n.
  • the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a of the fourth positive side bus bar 14p and the positive electrode terminal Pd of the fourth DC capacitor 2d is the length between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the fourth DC capacitor. It has an inductance adjusting unit 34p that bypasses the 2d positive electrode terminal Pd so as to be longer than the linear distance.
  • the fourth positive bus bar 14p having the inductance adjusting portion 34p may be referred to as the adjusting positive bus bar 14p.
  • the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b of the fourth negative side bus bar 14n and the negative electrode terminal Nd of the fourth DC capacitor 2d is the length between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the fourth DC capacitor.
  • the fourth negative-side bus bar 14n having the inductance adjusting portion 34n may be referred to as an adjusting negative-side bus bar 14n.
  • each adjustment positive side bus bar the inductance between the positive electrode terminal Ca of the first switching element 1a and the positive electrode terminal of each DC capacitor is the positive electrode of the first switching element 1a and the positive electrode of the first DC capacitor 2a. Adjust the length of each inductance adjustment unit so that it is the same as the inductance between the terminals.
  • the inductance between the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the negative electrode terminal of each DC capacitor is the same as that of the negative electrode terminal Eb of the second switching element 1b and the first DC capacitor.
  • the length of each inductance adjusting portion is adjusted so as to be the same as the inductance between the negative electrode terminals Na of 2a.
  • the length from the switching element to the DC capacitor is adjusted by bending or bending in the inductance adjusting unit 32p and the inductance adjusting unit 32n, the inductance adjusting unit 33p and the inductance adjusting unit 33n, and the inductance adjusting unit 34p and the inductance adjusting unit 34n. By doing so, it is possible to eliminate the current variation between the DC capacitors.
  • the path between the switching element and the first DC capacitor 2a, the path between the switching element and the second DC capacitor 2b, the switching element and the third DC capacitor 2c, the switching element and the fourth There will be four bus bars through which currents with different paths from the DC capacitor 2d will flow.
  • the current value flowing through each busbar is one-fourth that of the conventional busbar configuration, and it becomes difficult for the busbar to generate heat while maintaining the same thickness as the conventional one, and the output current of the power converter increases. It will be possible.
  • each busbar can be made one-fourth the thickness of the conventional busbar, and the processing work such as bending of the busbar or the weight of the busbar alone increases. This makes it possible to solve problems that make assembly work difficult.
  • the dimension of the cell converter 60 in the Y direction does not increase, so that the cell converter housing 61 in the Y direction Increased dimensions can be avoided.
  • the dimensions of the cell converter housing 61 in the Y direction are restricted, it is not necessary to reduce the number of cell converters 60 that can be stored in the cell converter housing 61. Since the number of cell converters 60 in one valve does not decrease, it is not necessary to add valves in the height direction, and the height of the valve tower 67 does not increase, so that the distance from the ceiling portion of the valve hole 68 becomes narrow. There is no. Therefore, even if the output current rating of the cell converter 60 alone is increased, there is no problem that the overall output of the power converter is decreased.
  • the negative terminal of the first switching element and the positive terminal of the second switching element are connected, and between the positive terminal of the first switching element and the negative terminal of the second switching element, In a power converter in which each DC capacitor of a plurality of DC capacitors is connected in parallel, the first switching element, the second switching element, and the plurality of DC capacitors are connected in this order, or the second switching element, the first switching element, and the plurality of DC capacitors are connected in this order.
  • the bus bar that connects the DC capacitor and the switching element other than the DC capacitor placed on the side farthest from the switching element is the bus bar. Since the inductance adjusting unit for adjusting the length and the inductance is provided, the inductance of the bus bar connecting the switching element and each DC capacitor can be matched, and the current variation between each DC capacitor can be eliminated. .. Further, as compared with the conventional busbar configuration, it becomes difficult for the busbar to generate heat while maintaining the same thickness as the conventional one, and the output current of the power conversion device can be increased.
  • each busbar can be made thinner than the conventional thickness, and it is assembled by processing work such as bending the busbar or by increasing the weight of the busbar alone. It is possible to solve problems that make work difficult.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

２個のスイッチング素子の直列体と、この直列体にそれぞれ並列に接続された複数の直流コンデンサを備えた電力変換装置において、２個のスイッチング素子と複数の直流コンデンサが順に、それぞれの正極端子と負極端子が同じ側に並んで配置され、それぞれの直流コンデンサとスイッチング素子の間を接続するブスバーのうち、最も遠い位置に配置された直流コンデンサに接続するブスバー以外のブスバーは、迂回するインダクタンス調整部を有するようにした。

Description

電力変換装置
　本願は、電力変換装置に関する。
　モジュラー・マルチレベルコンバータ（ＭＭＣ）は、ＩＧＢＴなどのオン・オフ制御可能なスイッチング素子と直流コンデンサで構成されたセル変換器の出力端子を直列に接続することで、スイッチング素子の耐圧以上の高電圧を出力できる回路方式である。このＭＭＣは、直流送電システム（ＨＶＤＣ）、無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）などへの応用が期待されている。特許文献１によれば、ＭＭＣは複数のセル変換器を直列（カスケード）接続して構成されている。各セル変換器は、スイッチング素子と直流コンデンサから構成された主回路と、他のセル変換器とカスケード接続するための外部端子で構成されており、スイッチング素子同士のブリッジ接続に外部導体を用いている。
　また、セル変換器の電流定格をアップするには、スイッチング素子の電流定格をアップすると共に、直流コンデンサの容量もアップする必要がある。直流コンデンサの容量をアップするには、直流コンデンサの並列個数を増やすことが最も容易な方法である。（例えば特許文献２参照）
特表２０１１－５０３８５２号公報 特開２００４－２８９９５５号公報
　特許文献２では、並列で使用する直流コンデンサがスイッチング素子に対して同じ距離に取付けられている。そのため、スイッチング素子と各直流コンデンサとを接続するブスバーでの配線インダクタンスはスイッチング素子と各直流コンデンサ間で基本的に各々同じである。したがって、スイッチング素子から各直流コンデンサに流れる電流の大きさも基本的には同じとなる。しかしながら、特許文献２の構成においては、特許文献２の第３図から第７図へと、直流コンデンサを増設する場合、ＨＶＤＣ向け電力変換装置の設置構成において、セル変換器の幅は広くなってしまう。このため、セル変換器収納フレームに収納可能なセル変換器の台数を減らすか、セル変換器収納フレームの横寸法を拡大しなければならない。
　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、各直流コンデンサに流れる電流の大きさが同じとなるようにしつつ、直流コンデンサの並列使用数を増設してもセル変換器の幅が増加しない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、それぞれ正極端子と負極端子とを有する第一スイッチング素子および第二スイッチング素子と、それぞれ正極端子と負極端子とを有する複数の直流コンデンサと、を備え、前記第一スイッチング素子の負極端子と前記第二スイッチング素子の正極端子が接続され、前記第一スイッチング素子の正極端子と前記第二スイッチング素子の負極端子との間に、前記複数の直流コンデンサのそれぞれの直流コンデンサが並列に接続された電力変換装置において、前記第一スイッチング素子、前記第二スイッチング素子、前記複数の直流コンデンサの順に、または前記第二スイッチング素子、前記第一スイッチング素子、前記複数の直流コンデンサの順に、全ての前記正極端子と前記負極端子が同じ側に並ぶように配置され、前記第一スイッチング素子の前記正極端子と前記複数の直流コンデンサのそれぞれの前記正極端子とをそれぞれ接続する、前記直流コンデンサの数と同じ数の複数の正側ブスバーと、前記第二スイッチング素子の前記負極端子と前記複数の直流コンデンサのそれぞれの前記負極端子とをそれぞれ接続する、前記直流コンデンサの数と同じ数の複数の負側ブスバーとを備え、前記複数の正側ブスバーのうち、前記第一スイッチング素子に最も遠い側の直流コンデンサに接続する正側ブスバー以外の正側ブスバーである調整正側ブスバーは、前記第一スイッチング素子の前記正極端子と、前記調整正側ブスバーが接続される直流コンデンサの前記正極端子との間の長さが、前記第一スイッチング素子の前記正極端子と前記調整正側ブスバーが接続される直流コンデンサの前記正極端子間の直線距離よりも長くなるよう、迂回するインダクタンス調整部を有し、前記複数の負側ブスバーのうち、前記第二スイッチング素子に最も遠い側の直流コンデンサに接続する負側ブスバー以外の負側ブスバーである調整負側ブスバーは、前記第二スイッチング素子の前記負極端子と、前記調整負側ブスバーが接続される直流コンデンサの前記負極端子との間の長さが、前記第二スイッチング素子の前記負極端子と前記調整負側ブスバーが接続される直流コンデンサの前記負極端子との間の直線距離よりも長くなるよう、迂回するインダクタンス調整部を有するものである。
　また、本願に開示される電力変換装置によれば、各直流コンデンサに流れる電流の大きさが同じとなるようにしつつ、直流コンデンサの並列使用数を増設してもセル変換器の幅が増加しない電力変換装置が得られる。
実施の形態１による電力変換装置の構成を示す第一の概略図である。 実施の形態１による電力変換装置の構成を示す第二の概略図である。 実施の形態１による電力変換装置の構成を示す第三の概略図である。 実施の形態１による電力変換装置の等価回路を示す回路図である。 実施の形態１による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第一の図である。 実施の形態１による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第二の図である。 実施の形態１による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第三の図である。 実施の形態１による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第四の図である。 実施の形態１による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第五の図である。 実施の形態１による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第六の図である。 実施の形態１による電力変換装置の別の構成を示す概略図である。 実施の形態１による電力変換装置のさらに別の構成を示す概略図である。 実施の形態１による電力変換装置をセル変換器とした場合の構成を示す概略図である。 実施の形態１による電力変換装置をセル変換器とした場合の等価回路を示す回路図である。 実施の形態１による電力変換装置をセル変換器として用いたＨＶＤＣ向け電力変換装置の構成を示す概略図である。 実施の形態２による電力変換装置の構成を示す第一の概略図である。 実施の形態２による電力変換装置の構成を示す第二の概略図である。 実施の形態２による電力変換装置の構成を示す第三の概略図である。 実施の形態２による電力変換装置の構成を示す第四の概略図である。 実施の形態２による電力変換装置の等価回路を示す回路図である。 実施の形態２による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第一の図である。 実施の形態２による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第二の図である。 実施の形態２による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第三の図である。 実施の形態２による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第四の図である。 実施の形態２による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第五の図である。 実施の形態２による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第六の図である。 実施の形態２による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第七の図である。 実施の形態２による電力変換装置のブスバーの接続状態を説明するための第八の図である。 実施の形態３による電力変換装置の構成を示す概略図である。
実施の形態１．
　図１から図３は実施の形態１による電力変換装置の部品構成を示す概略図である。図１は上面図、図２、図３は側面図であり、図２は、図１の上面図で示すブスバーのうち一部のブスバーを取り除いて示す側面図である。さらに、図４は図１から図３で示す電力変換装置の等価回路を示す回路図である。すなわち、図１から図３は、図４で示す回路上の部品を配置した概略図となる。実施の形態１による電力変換装置は、第一のスイッチと第一のスイッチに逆並列接続された第一のダイオードとを内蔵した第一スイッチング素子１ａと、第二のスイッチと第二のスイッチに逆並列接続された第二のダイオードとを内蔵した第二スイッチング素子１ｂと、第一直流コンデンサ２ａと、第二直流コンデンサ２ｂと、第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂを取付けてスイッチング素子を冷却する冷却器３と、を備えた電力変換装置である。冷却器３の平面部に、ネジ等の固定部材により第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂとが冷却器３の形状に対してＸ方向で平行になるように取付けられる。ここで、第一スイッチング素子１ａ、第二スイッチング素子１ｂ、第一直流コンデンサ２ａ、第二直流コンデンサ２ｂは、それぞれ正極端子および負極端子を有しており、全ての正極端子、負極端子が同じ側に、Ｘ方向に並ぶように配置されている。また、第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂとが隣接して、第一直流コンデンサ２ａと第二直流コンデンサ２ｂとが隣接して、配置されている。スイッチング素子から遠い側に配置されている直流コンデンサを第一直流コンデンサ２ａとする。
　図４の回路を構成するために、各電気部品はブスバーで電気接続される。中点ブスバー１０ｃが、第一スイッチング素子１ａの負極端子Ｅａと第二スイッチング素子１ｂの正極端子Ｃｂとをブリッジ接続する。第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第一直流コンデンサ２ａの正極端子Ｐｂとは、第一正側ブスバー１１ｐで、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂとは、第二正側ブスバー１２ｐで、それぞれ電気接続されている。第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第一直流コンデンサ２ａの負極端子Ｎａとは第一負側ブスバー１１ｎで、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂとは第二負側ブスバー１２ｎで、それぞれ電気接続されている。
　ここで、第二正側ブスバー１２ｐの第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂとの間の長さは、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３２ｐを有している。このインダクタンス調整部３２ｐを有する第二正側ブスバー１２ｐを調整正側ブスバー１２ｐと称することもある。また、第二負側ブスバー１２ｎの第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂとの間の長さは、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサの負極端子Ｎｂ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３２ｎを有している。このインダクタンス調整部３２ｎを有する第二負側ブスバー１２ｎを調整負側ブスバー１２ｎと称することもある。
　各ブスバーは、例えば板状の金属で形成されており、各直流コンデンサに接続される正側ブスバーと負側ブスバーとは、間に一点鎖線で示す絶縁部材４０を介在して板面が対向するよう重ねて配置されている。すなわち、第一正側ブスバー１１ｐと第一負側ブスバー１１ｎとが間に絶縁部材４０を介在して重ねて配置されており、第二正側ブスバー１２ｐと第二負側ブスバー１２ｎとが間に絶縁部材４０を介在して重ねて配置されている。また、第一直流コンデンサ２ａに接続される２本のブスバーのセットと、第二直流コンデンサ２ｂに接続される２本のブスバーのセットとを重ねて配置し、その間に絶縁部材４０を設けても良い。図１では、第一負側ブスバー１１ｎを第一正側ブスバー１１ｐよりもスイッチング素子と直流コンデンサとに近い側に配置しているが、逆でも構わない。同様に、第二負側ブスバー１２ｎを第二正側ブスバー１２ｐよりもスイッチング素子と直流コンデンサとに近い側に配置しているが、逆でも構わない。
　図５Ａから図５Ｆは、各ブスバーの状態を分かり易く示すための斜視図である。図５Ａは、ブスバーが無い状態を示す。図５Ｂは、第一負側ブスバー１１ｎで第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第一直流コンデンサ２ａの負極端子Ｎａを接続した状態を示す。図５Ｃは、第一正側ブスバー１１ｐで第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第一直流コンデンサ２ａの正極端子Ｐａを接続した状態を示す。図５Ｄは、インダクタンス調整部３２ｎを有する第二負側ブスバー１２ｎで第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂを接続した状態を示す。図５Ｅは、インダクタンス調整部３２ｐを有する第二正側ブスバー１２ｐで第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂを接続した状態を示す。図５Ｆは、中点ブスバー１０ｃで、第一スイッチング素子１ａの負極端子Ｅａと第二スイッチング素子１ｂの正極端子Ｃｂを接続した状態を示している。
　図６は、実施の形態１による電力変換装置の別の部品構成を示す概略図である。直流コンデンサの正極端子と負極端子の並びは、図１の並びに限らず、図６に示すように、正極端子がスイッチング素子から遠い側にあってもよい。正極端子、負極端子いずれがスイッチング素子から遠い側になっても構わない。ただし、各直流コンデンサの正極端子と負極端子の並びは同じであることが好ましい。ただし、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第一直流コンデンサ２ａの正極端子Ｐａとの距離と、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂとの距離の差と、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第一直流コンデンサ２ａの負極端子Ｎａとの距離と、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂとの距離の差とが、同じになるよう、第一直流コンデンサ２ａと第二直流コンデンサ２ｂとの、それぞれの正極端子と負極端子の並びは同じであることが好ましい。
　図７は、実施の形態１による電力変換装置のさらに別の部品構成を示す概略図である。図７に示すように、第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂとは、第一スイッチング素子１ａの負極端子Ｅａと第二スイッチング素子１ｂの正極端子Ｃｂが接続されていれば、いずれのスイッチング素子が直流コンデンサに近い側に配置されていても構わない。さらに、スイッチング素子については、各スイッチング素子の正極端子と負極端子の並びが逆であっても構わない。
　このように、第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂとの並び、および正極端子、負極端子の並び、は順序を問わない。また、第一直流コンデンサ２ａと第二直流コンデンサ２ｂについては、正極端子と負極端子の並びが同じであることが好ましい。
　各ブスバーの各端子間には、図４の等価回路に示す配線インダクタンスが存在する。すなわち、第一正側ブスバー１１ｐにはＬｐ１、第一負側ブスバー１１ｎにはＬｎ１、第二正側ブスバー１２ｐにはインダクタンス調整部３２ｐのＬｐｂ＋それ以外のＬｐ２、第二負側ブスバー１２ｎにはインダクタンス調整部３２ｎのＬｎｂ＋それ以外のＬｎ２、の配線インダクタンスがそれぞれ存在する。
　以上のスイッチング素子と直流コンデンサの配置によるスイッチング素子と直流コンデンサ間の配線インダクタンスは、第二正側ブスバー（調整正側ブスバー）１２ｐの配線インダクタンス、すなわちＬｐ２＋インダクタンス調整部３２ｐの配線インダクタンスＬｐｂ＝第一正側ブスバーの配線インダクタンスＬｐ１となるように、また第二負側ブスバー（調整負側ブスバー）１２ｎの配線インダクタンス、すなわちＬｎ２＋インダクタンス調整部３２ｎの配線インダクタンスＬｎｂ＝第一負側ブスバーの配線インダクタンスＬｎ１となるように各インダクタンス調整部の長さを調整する。すなわち、インダクタンス調整部３２ｐ及びインダクタンス調整部３２ｎにおいて、スイッチング素子から直流コンデンサまでの長さを折曲あるいは湾曲により調整することで、各直流コンデンサ間の電流ばらつきを解消することができる。
　また、以上のブスバー構成により、スイッチング素子と第一直流コンデンサ２ａとの経路と、スイッチング素子と第二直流コンデンサ２ｂとの経路の異なる電流が流れる２つのブスバーが存在することになる。これにより、従来のブスバー構成に対して各々のブスバーに流れる電流値は２分の１となり、従来と同じ厚さ寸法であれば、同一電流でのブスバーでの発熱が、従来より減少するため、電力変換装置の出力電流アップが可能となる。また、従来のブスバー構成と同じ発熱が可能であるならば、各ブスバーを従来の２分の１の厚さ寸法にすることができ、ブスバーの折り曲げ等の加工作業が容易となり、またブスバー単体の重量が軽くなるため、組立作業が容易となる。
　図８は実施の形態１による電力変換装置をセル変換器６０とした場合の構成を示す概略図、図９はその等価回路を示す図である。図８、図９の図１、図４との相違は、中点ブスバー１０ｃのセル変換器６０の端部となる位置に外部端子Ｘ１、第一負側ブスバー１１ｎおよび第二負側ブスバー１２ｎを接続し、セル変換器６０の端部となる位置に外部端子Ｘ２を設けたものである。外部端子Ｘ１と外部端子Ｘ２はセル変換器６０の前面側に位置する。
　図１０は一般的なＨＶＤＣ向け電力変換装置の設置構成を示す概略図であり、図８で示したセル変換器６０を複数用いた接続構成を示したものである。複数のセル変換器６０を水平Ｙ方向に並べて、一つのセル変換器筐体６１に収納される。図１０では一つのセル変換器筐体６１に４個のセル変換器６０を収納した例を示している。上述したように、セル変換器６０は外部端子Ｘ１および外部端子Ｘ２を有しており、セル変換器６０の外部端子Ｘ１と隣接する他のセル変換器６０の外部端子Ｘ２とはセル変換器間接続導体６２を介して接続され、他のセル変換器６０の外部端子Ｘ２と隣接するさらに他のセル変換器６０の外部端子Ｘ１とはセル変換器間接続導体６２を介して接続されて、複数のセル変換器６０が直列接続される。このセル変換器筐体６１に収納された複数のセル変換器６０が直列接続、すなわちカスケード接続された構成をバルブ６３と呼ぶ。出力電圧をアップするために、複数のバルブ６３を鉛直方向（高さ方向、Ｚ方向）に積み上げてバルブ間接続導体６４を介して接続することにより、直列接続されるセル変換器６０の数を、一つのバルブで構成するよりもさらに増加させることができる。バルブ６３間には、カスケード接続されたセル変換器６０の最高電位と他の基準電位間で電気的短絡が発生しないように、絶縁構造体６５を配して、他のバルブ６３及び基準電位６６との距離が確保される。これらの複数のバルブ６３と複数の絶縁構造体６５で構成された構造体をバルブタワー６７と呼ぶ。このバルブタワー６７は外部環境、例えば雨、温度の影響を直接受けないようにバルブホール６８に収納される。
　以上の構成において、実施の形態２および実施の形態３において後述するように、直流コンデンサを並列増加しても、セル変換器６０のＹ方向の寸法が増加しないため、セル変換器筐体６１のＹ方向の寸法の増大を避けることができる。あるいは、セル変換器筐体６１のＹ方向の寸法に制約がある場合でも、セル変換器筐体６１に収納可能なセル変換器６０の個数を減少させなくてよい。１つのバルブ６３におけるセル変換器６０の個数が減少しないため、鉛直方向にバルブ６３を増設する必要が無く、バルブタワー６７の高さも高くならないので、バルブホール６８の天井部分との距離が狭くなることも無い。従って、セル変換器６０単体の出力電流定格がアップしても、電力変換装置の全体出力が下がってしまう課題が発生することはない。
実施の形態２．
　図１１から図１４は実施の形態２による電力変換装置の部品構成を示す概略図である。図１１は上面図、図１２から図１４は側面図であり、図１２および図１３は、図１１で示すブスバーのうち一部のブスバーを取り除いて示す側面図である。さらに、図１５は図１１から図１４で示す電力変換装置の等価回路を示す回路図である。すなわち、図１１から図１４は、図１５で示す回路上の部品を配置した概略図となる。本実施の形態２による電力変換装置は、実施の形態１の電力変換装置から直流コンデンサの数を１つ増加した、直流コンデンサの数が３個の電力変換装置となっている。第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂとは、実施の形態１と同様の構成である。直流コンデンサとして、第一直流コンデンサ２ａ、第二直流コンデンサ２ｂ、第三直流コンデンサ２ｃの３個の直流コンデンサを備えている。ここで、第一スイッチング素子１ａ、第二スイッチング素子１ｂ、第一直流コンデンサ２ａ、第二直流コンデンサ２ｂ、第三直流コンデンサ２ｃは、それぞれ正極端子および負極端子を有しており、全ての正極端子、負極端子が同じ側に並ぶように、Ｘ方向に直線状に配置されている。また、第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂとが隣接して、第一直流コンデンサ２ａ、第二直流コンデンサ２ｂ、第三直流コンデンサ２ｃが順に配置されており、スイッチング素子から最も遠い側に配置されている直流コンデンサを第一直流コンデンサ２ａとする。
　図１５の回路を構成するために、各電気部品はブスバーで電気接続される。中点ブスバー１０ｃが、第一スイッチング素子１ａの負極端子Ｅａと第二スイッチング素子１ｂの正極端子Ｃｂとをブリッジ接続する。第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第一直流コンデンサ２ａの正極端子Ｐｂとは、第一正側ブスバー１１ｐで、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂとは、第二正側ブスバー１２ｐで、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第三直流コンデンサ２ｃの正極端子Ｐｃとは、第三正側ブスバー１３ｐで、それぞれ電気接続されている。第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第一直流コンデンサ２ａの負極端子Ｎａとは第一負側ブスバー１１ｎで、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂとは第二負側ブスバー１２ｎで、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第三直流コンデンサ２ｃの負極端子Ｎｃとは第三負側ブスバー１３ｎで、それぞれ電気接続されている。
　ここで、第二正側ブスバー１２ｐの第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂとの間の長さは、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３２ｐを有している。このインダクタンス調整部３２ｐを有する第二正側ブスバー１２ｐを調整正側ブスバー１２ｐと称することもある。また、第二負側ブスバー１２ｎの第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂとの間の長さは、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサの負極端子Ｎｂ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３２ｎを有している。このインダクタンス調整部３２ｎを有する第二負側ブスバー１２ｎを調整負側ブスバー１２ｎと称することもある。
　同様に、第三正側ブスバー１３ｐの第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第三直流コンデンサ２ｃの正極端子Ｐｃとの間の長さは、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第三直流コンデンサ２ｃの正極端子Ｐｃ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３３ｐを有している。このインダクタンス調整部３３ｐを有する第三正側ブスバー１３ｐを調整正側ブスバー１３ｐと称することもある。また、第三負側ブスバー１３ｎの第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第三直流コンデンサ２ｃの負極端子Ｎｃとの間の長さは、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第三直流コンデンサ２ｃの負極端子Ｎｃ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３３ｎを有している。このインダクタンス調整部３３ｎを有する第三負側ブスバー１３ｎを調整負側ブスバー１３ｎと称することもある。
　各ブスバーは、例えば板状の金属で形成されており、各直流コンデンサに接続される正側ブスバーと負側ブスバーとは、一点鎖線で示す絶縁部材４０を間に介在して板面が対向するよう重ねて配置されている。すなわち、第一正側ブスバー１１ｐと第一負側ブスバー１１ｎとが間に絶縁部材４０を介在して重ねて配置されており、第二正側ブスバー１２ｐと第二負側ブスバー１２ｎとが間に絶縁部材４０を介在して重ねて配置されており、第三正側ブスバー１３ｐと第三負側ブスバー１３ｎとが間に絶縁部材４０を介在して重ねて配置されている。また、第一直流コンデンサ２ａに接続される２本のブスバーのセットと、第二直流コンデンサ２ｂに接続される２本のブスバーのセットと、第三直流コンデンサ２ｃに接続される２本のブスバーのセットとを重ねて配置し、それぞれの間に絶縁部材４０を設けても良い。
　図１１では、第二直流コンデンサ２ｂに接続するブスバーのセットと第三直流コンデンサ２ｃに接続するブスバーのセットの間に、最も遠くに配置された第一直流コンデンサ２ａに接続するブスバーのセットを配置した構成としている。ただし、ブスバーを配置する順番はこれに限らない。例えば、電気部品に最も近い側に、最も遠くに配置された第一直流コンデンサ２ａに接続するブスバーのセットを配置し、次に第二直流コンデンサ２ｂに接続するブスバーのセットを配置し、最も外側に第三直流コンデンサ２ｃに接続するブスバーのセットを配置することもできる。また、図１１の、第二直流コンデンサ２ｂに接続するブスバーのセットと第三直流コンデンサ２ｃに接続するブスバーのセットを入れ替えた配置とすることもできる。
　また、第二スイッチング素子１ｂを第一スイッチング素子１ａよりも直流コンデンサに近い側に配置しているが、逆の配置であっても良い。さらに、各スイッチング素子の正極端子と負極端子の並びは、いずれか一つのスイッチング素子の正極端子と負極端子の並びが図１１に示す並びと逆であっても、第一スイッチング素子１ａおよび第二スイッチング素子１ｂ共に、正極端子と負極端子の並びが図１１に示す並びと逆であっても構わない。直流コンデンサについても、同様に、正極端子と負極端子の並びは図１１に示す並びに限らない。ただし、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第一直流コンデンサ２ａの正極端子Ｐａとの距離と、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂとの距離の差と、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第一直流コンデンサ２ａの負極端子Ｎａとの距離と、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂとの距離の差とが、同じになることが好ましい。第三直流コンデンサ２ｃについても同様であり、３個の直流コンデンサのそれぞれの正極端子と負極端子の並びは同じであることが好ましい。
　図１６Ａから図１６Ｈは、各ブスバーの状態を分かり易く示すための斜視図である。図１６Ａは、ブスバーが無い状態を示す。図１６Ｂは、インダクタンス調整部３２ｎを有する第二負側ブスバー１２ｎで第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂを接続した状態を示す。図１６Ｃは、インダクタンス調整部３２ｐを有する第二正側ブスバー１２ｐで第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂを接続した状態を示す。図１６Ｄは、第一負側ブスバー１１ｎで第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第一直流コンデンサ２ａの負極端子Ｎａを接続した状態を示す。図１６Ｅは、第一正側ブスバー１１ｐで第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第一直流コンデンサ２ａの正極端子Ｐａを接続した状態を示す。図１６Ｆは、インダクタンス調整部３３ｎを有する第三負側ブスバー１３ｎで第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第三直流コンデンサ２ｃの負極端子Ｎｃを接続した状態を示す。図１６Ｇは、インダクタンス調整部３３ｐを有する第三正側ブスバー１３ｐで第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第三直流コンデンサ２ｃの正極端子Ｐｃを接続した状態を示す。図１６Ｈは、中点ブスバー１０ｃで、第一スイッチング素子１ａの負極端子Ｅａと第二スイッチング素子１ｂの正極端子Ｃｂを接続した状態を示している。
　各ブスバーの各端子間には、図１５の等価回路に示す配線インダクタンスが存在する。すなわち、第一正側ブスバー１１ｐにはＬｐ１、第一負側ブスバー１１ｎにはＬｎ１、第二正側ブスバー１２ｐにはインダクタンス調整部３２ｐのＬｐｂ＋それ以外のＬｐ２、第二負側ブスバー１２ｎにはインダクタンス調整部３２ｎのＬｎｂ＋それ以外のＬｎ２、第三正側ブスバー１３ｐにはインダクタンス調整部３３ｐのＬｐｃ＋それ以外のＬｐ３、第三負側ブスバー１３ｎにはインダクタンス調整部３３ｎのＬｎｃ＋それ以外のＬｎ３、の配線インダクタンスがそれぞれ存在する。
　以上のスイッチング素子と直流コンデンサの配置によるスイッチング素子と直流コンデンサ間の配線インダクタンスは、第二正側ブスバー（調整正側ブスバー）１２ｐの配線インダクタンス、すなわちＬｐ２＋インダクタンス調整部３２ｐの配線インダクタンスＬｐｂと、第三正側ブスバー（調整正側ブスバー）１３ｐの配線インダクタンス、すなわちＬｐ３＋インダクタンス調整部３３ｐの配線インダクタンスＬｐｃとが、いずれも第一正側ブスバー１１ｐの配線インダクタンスＬｐ１となるように各インダクタンス調整部の長さを調整する。同様に、第二負側ブスバー（調整負側ブスバー）１２ｎの配線インダクタンス、すなわちＬｎ２＋インダクタンス調整部３２ｎの配線インダクタンスＬｎｂと、第三負側ブスバー（調整負側ブスバー）１３ｎの配線インダクタンス、すなわちＬｎ３＋インダクタンス調整部３３ｎの配線インダクタンスＬｎｃとが、いずれも第一負側ブスバー１１ｎの配線インダクタンスＬｎ１となるように各インダクタンス調整部の長さを調整する。すなわち、インダクタンス調整部３２ｐとインダクタンス調整部３２ｎ、およびインダクタンス調整部３３ｐとインダクタンス調整部３３ｎにおいて、スイッチング素子から直流コンデンサまでの長さを折曲あるいは湾曲により調整することで、各直流コンデンサ間の電流ばらつきを解消することができる。
　また、以上のブスバー構成により、スイッチング素子と第一直流コンデンサ２ａとの経路と、スイッチング素子と第二直流コンデンサ２ｂとの経路と、スイッチング素子と第三直流コンデンサ２ｃとの経路の異なる電流が流れる３つのブスバーが存在することになる。これにより、従来のブスバー構成に対して各々のブスバーに流れる電流値は３分の１となり、従来と同じ厚さ寸法のままでブスバーでの発熱がしにくくなり、電力変換装置の出力電流アップが可能となる。また、従来のブスバー構成と同じ発熱が可能であるならば、各ブスバーを従来の３分の１の厚さ寸法にすることができ、ブスバーの折り曲げ等の加工作業、あるいはブスバー単体の重量が増えることで組立作業、などが難しくなる課題を解消することが可能となる。
　また、図１０に示したＨＶＤＣ向け電力変換装置に適用した場合、直流コンデンサを並列増加しても、セル変換器６０のＹ方向の寸法が増加しないため、セル変換器筐体６１のＹ方向の寸法の増大を避けることができる。あるいは、セル変換器筐体６１のＹ方向の寸法に制約がある場合でも、セル変換器筐体６１に収納可能なセル変換器６０の個数を減少させなくてよい。１つのバルブにおけるセル変換器６０の個数が減少しないため、高さ方向にバルブを増設する必要が無く、バルブタワー６７の高さも高くならないので、バルブホール６８の天井部分との距離が狭くなることも無い。従って、セル変換器６０単体の出力電流定格がアップしても、電力変換装置の全体出力が下がってしまう課題が発生することはない。
実施の形態３．
　図１７は実施の形態３による電力変換装置の部品構成を示す概略図である。本実施の形態３による電力変換装置は、実施の形態２の電力変換装置から直流コンデンサの数をさらに１つ増加した、直流コンデンサの数が４個の電力変換装置となっている。第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂとは、実施の形態１および実施の形態２と同様の構成である。直流コンデンサとして、第一直流コンデンサ２ａ、第二直流コンデンサ２ｂ、第三直流コンデンサ２ｃ、第四直流コンデンサ２ｄの４個の直流コンデンサを備えている。ここで、第一スイッチング素子１ａ、第二スイッチング素子１ｂ、第一直流コンデンサ２ａ、第二直流コンデンサ２ｂ、第三直流コンデンサ２ｃ、第四直流コンデンサ２ｄは、それぞれ正極端子および負極端子を有しており、全ての正極端子、負極端子が同じ側に並ぶように、Ｘ方向に直線状に配置されている。また、第一スイッチング素子１ａと第二スイッチング素子１ｂとが隣接して、第一直流コンデンサ２ａ、第二直流コンデンサ２ｂ、第三直流コンデンサ２ｃ、第四直流コンデンサ２ｄが順に配置されており、スイッチング素子から最も遠い側に配置されている直流コンデンサを第一直流コンデンサ２ａとする。
　図１７に示すように、各電気部品はブスバーで電気接続される。中点ブスバー１０ｃが、第一スイッチング素子１ａの負極端子Ｅａと第二スイッチング素子１ｂの正極端子Ｃｂとをブリッジ接続する。第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第一直流コンデンサ２ａの正極端子Ｐｂとは、第一正側ブスバー１１ｐで、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂとは、第二正側ブスバー１２ｐで、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第三直流コンデンサ２ｃの正極端子Ｐｃとは、第三正側ブスバー１３ｐで、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第四直流コンデンサ２ｄの正極端子Ｐｄとは、第四正側ブスバー１４ｐで、それぞれ電気接続されている。第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第一直流コンデンサ２ａの負極端子Ｎａとは第一負側ブスバー１１ｎで、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂとは第二負側ブスバー１２ｎで、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第三直流コンデンサ２ｃの負極端子Ｎｃとは第三負側ブスバー１３ｎで、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第四直流コンデンサ２ｄの負極端子Ｎｄとは第四負側ブスバー１４ｎで、それぞれ電気接続されている。
　ここで、第二正側ブスバー１２ｐの第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂとの間の長さは、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第二直流コンデンサ２ｂの正極端子Ｐｂ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３２ｐを有している。このインダクタンス調整部３２ｐを有する第二正側ブスバー１２ｐを調整正側ブスバー１２ｐと称することもある。また、第二負側ブスバー１２ｎの第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサ２ｂの負極端子Ｎｂとの間の長さは、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第二直流コンデンサの負極端子Ｎｂ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３２ｎを有している。このインダクタンス調整部３２ｎを有する第二負側ブスバー１２ｎを調整負側ブスバー１２ｎと称することもある。
　同様に、第三正側ブスバー１３ｐの第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第三直流コンデンサ２ｃの正極端子Ｐｃとの間の長さは、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第三直流コンデンサ２ｃの正極端子Ｐｃ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３３ｐを有している。このインダクタンス調整部３３ｐを有する第三正側ブスバー１３ｐを調整正側ブスバー１３ｐと称することもある。また、第三負側ブスバー１３ｎの第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第三直流コンデンサ２ｃの負極端子Ｎｃとの間の長さは、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第三直流コンデンサ２ｃの負極端子Ｎｃ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３３ｎを有している。このインダクタンス調整部３３ｎを有する第三負側ブスバー１３ｎを調整負側ブスバー１３ｎと称することもある。
　さらに、第四正側ブスバー１４ｐの第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第四直流コンデンサ２ｄの正極端子Ｐｄとの間の長さは、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと第四直流コンデンサ２ｄの正極端子Ｐｄ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３４ｐを有している。このインダクタンス調整部３４ｐを有する第四正側ブスバー１４ｐを調整正側ブスバー１４ｐと称することもある。また、第四負側ブスバー１４ｎの第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第四直流コンデンサ２ｄの負極端子Ｎｄとの間の長さは、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと第四直流コンデンサ２ｄの負極端子Ｎｄ間の直線距離よりも長くなるよう迂回するインダクタンス調整部３４ｎを有している。このインダクタンス調整部３４ｎを有する第四負側ブスバー１４ｎを調整負側ブスバー１４ｎと称することもある。
　各調整正側ブスバーは、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと、各直流コンデンサのそれぞれの正極端子間のインダクタンスが、第一スイッチング素子１ａの正極端子Ｃａと、第一直流コンデンサ２ａの正極端子間のインダクタンスと同じになるように、各インダクタンス調整部の長さを調整する。同様に、各調整負側ブスバーは、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと、各直流コンデンサのそれぞれの負極端子間のインダクタンスが、第二スイッチング素子１ｂの負極端子Ｅｂと、第一直流コンデンサ２ａの負極端子Ｎａ間のインダクタンスと同じになるように、各インダクタンス調整部の長さを調整する。すなわち、インダクタンス調整部３２ｐとインダクタンス調整部３２ｎ、インダクタンス調整部３３ｐとインダクタンス調整部３３ｎ、およびインダクタンス調整部３４ｐとインダクタンス調整部３４ｎにおいて、スイッチング素子から直流コンデンサまでの長さを折曲あるいは湾曲により調整することで、各直流コンデンサ間の電流ばらつきを解消することができる。
　また、以上のブスバー構成により、スイッチング素子と第一直流コンデンサ２ａとの経路と、スイッチング素子と第二直流コンデンサ２ｂとの経路と、スイッチング素子と第三直流コンデンサ２ｃと、スイッチング素子と第四直流コンデンサ２ｄとの経路の異なる電流が流れる４つのブスバーが存在することになる。これにより、従来のブスバー構成に対して各々のブスバーに流れる電流値は４分の１となり、従来と同じ厚さ寸法のままでブスバーでの発熱がしにくくなり、電力変換装置の出力電流アップが可能となる。あるいは、従来のブスバー構成と同じ発熱が可能であるならば、各ブスバーを従来の４分の１の厚さ寸法にすることができ、ブスバーの折り曲げ等の加工作業、あるいはブスバー単体の重量が増えることで組立作業、などが難しくなる課題を解消することが可能となる。
　また、図１０に示したＨＶＤＣ向け電力変換装置に適用した場合、直流コンデンサを並列増加しても、セル変換器６０のＹ方向の寸法が増加しないため、セル変換器筐体６１のＹ方向の寸法の増大を避けることができる。あるいは、セル変換器筐体６１のＹ方向の寸法に制約がある場合でも、セル変換器筐体６１に収納可能なセル変換器６０の個数を減少させなくてよい。１つのバルブにおけるセル変換器６０の個数が減少しないため、高さ方向にバルブを増設する必要が無く、バルブタワー６７の高さも高くならないので、バルブホール６８の天井部分との距離が狭くなることも無い。従って、セル変換器６０単体の出力電流定格がアップしても、電力変換装置の全体出力が下がってしまう課題が発生することはない。
　さらに、直流コンデンサの数を５個以上に増加させることも可能である。本願に開示する電力変換装置によれば、第一スイッチング素子の負極端子と第二スイッチング素子の正極端子が接続され、第一スイッチング素子の正極端子と第二スイッチング素子の負極端子との間に、複数の直流コンデンサのそれぞれの直流コンデンサが並列に接続された電力変換装置において、第一スイッチング素子、第二スイッチング素子、複数の直流コンデンサの順に、または第二スイッチング素子、第一スイッチング素子、複数の直流コンデンサの順に、全ての正極端子と負極端子が同じ側に並ぶように配置され、スイッチング素子に最も遠い側に配置された直流コンデンサ以外の直流コンデンサとスイッチング素子とを接続するブスバーに、ブスバーの長さを調整してインダクタンスを調整するインダクタンス調整部を設けたので、スイッチング素子と各直流コンデンサとを接続するブスバーのインダクタンスを合わせることができ、各直流コンデンサ間の電流ばらつきを解消することができる。また、従来のブスバー構成に対して、従来と同じ厚さ寸法のままでブスバーでの発熱がしにくくなり、電力変換装置の出力電流アップが可能となる。あるいは、従来のブスバー構成と同じ発熱が可能であるならば、各ブスバーを従来の厚さよりも薄い寸法にすることができ、ブスバーの折り曲げ等の加工作業、あるいはブスバー単体の重量が増えることで組立作業、などが難しくなる課題を解消することが可能となる。
　本願には、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　第一スイッチング素子、１ｂ　第二スイッチング素子、２ａ　第一直流コンデンサ、２ｂ　第二直流コンデンサ、２ｃ　第三直流コンデンサ、２ｄ　第四直流コンデンサ、３　冷却器、１０ｃ　中点ブスバー、１１ｐ　第一正側ブスバー、１１ｎ　第一負側ブスバー、１２ｐ　第二正側ブスバー（調整正側ブスバー）、１２ｎ　第二負側ブスバー（調整負側ブスバー）、１３ｐ　第三正側ブスバー（調整正側ブスバー）、１３ｎ　第三負側ブスバー（調整負側ブスバー）、１４ｐ　第四正側ブスバー（調整正側ブスバー）、１４ｎ　第四負側ブスバー（調整負側ブスバー）、３２ｐ、３２ｎ、３３ｐ、３３ｎ、３４ｐ、３４ｎ　インダクタンス調整部、４０　絶縁部材、６０　セル変換器、６１　セル変換器筐体、６３　バルブ、６７　バルブタワー

Claims (7)

  1. 　それぞれ正極端子と負極端子とを有する第一スイッチング素子および第二スイッチング素子と、それぞれ正極端子と負極端子とを有する複数の直流コンデンサと、を備え、前記第一スイッチング素子の負極端子と前記第二スイッチング素子の正極端子が接続され、前記第一スイッチング素子の正極端子と前記第二スイッチング素子の負極端子との間に、前記複数の直流コンデンサのそれぞれの直流コンデンサが並列に接続された電力変換装置において、
    前記第一スイッチング素子、前記第二スイッチング素子、前記複数の直流コンデンサの順に、または前記第二スイッチング素子、前記第一スイッチング素子、前記複数の直流コンデンサの順に、全ての前記正極端子と前記負極端子が同じ側に並ぶように配置され、前記第一スイッチング素子の前記正極端子と前記複数の直流コンデンサのそれぞれの前記正極端子とをそれぞれ接続する、前記直流コンデンサの数と同じ数の複数の正側ブスバーと、前記第二スイッチング素子の前記負極端子と前記複数の直流コンデンサのそれぞれの前記負極端子とをそれぞれ接続する、前記直流コンデンサの数と同じ数の複数の負側ブスバーとを備え、
    前記複数の正側ブスバーのうち、前記第一スイッチング素子に最も遠い側の直流コンデンサに接続する正側ブスバー以外の正側ブスバーである調整正側ブスバーは、前記第一スイッチング素子の前記正極端子と、前記調整正側ブスバーが接続される直流コンデンサの前記正極端子との間の長さが、前記第一スイッチング素子の前記正極端子と前記調整正側ブスバーが接続される直流コンデンサの前記正極端子間の直線距離よりも長くなるよう、迂回するインダクタンス調整部を有し、
    前記複数の負側ブスバーのうち、前記第二スイッチング素子に最も遠い側の直流コンデンサに接続する負側ブスバー以外の負側ブスバーである調整負側ブスバーは、前記第二スイッチング素子の前記負極端子と、前記調整負側ブスバーが接続される直流コンデンサの前記負極端子との間の長さが、前記第二スイッチング素子の前記負極端子と前記調整負側ブスバーが接続される直流コンデンサの前記負極端子との間の直線距離よりも長くなるよう、迂回するインダクタンス調整部を有することを特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記複数の正側ブスバーおよび前記複数の負側ブスバーは、それぞれ板状の金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記複数の直流コンデンサのうち同一の直流コンデンサに接続する前記正側ブスバーと前記負側ブスバーとは間に絶縁部材を介在して板面が対向するよう重ねて配置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。
  4. 　前記複数の直流コンデンサの数は２であることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記複数の直流コンデンサの数は３であり、前記第一スイッチング素子に最も遠い位置の直流コンデンサに接続する、重ねて配置された前記正側ブスバーと前記負側ブスバーとは、他の一の直流コンデンサに接続する、重ねて配置された前記調整正側ブスバーと前記調整負側ブスバーと、さらに他の一の直流コンデンサに接続する、重ねて配置された前記調整正側ブスバーと前記調整負側ブスバーと、の間に挟まれて配置されたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  6. 　前記複数の直流コンデンサの数は４以上であり、前記第一スイッチング素子に最も遠い位置の直流コンデンサに接続する、重ねて配置された前記正側ブスバーと前記負側ブスバーとは、他の直流コンデンサに接続する、重ねて配置された前記調整正側ブスバーと前記調整負側ブスバーよりも、前記第一スイッチング素子、前記第二スイッチング素子、および前記複数の直流コンデンサに近い側に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置をセル変換器とし、前記セル変換器を複数水平方向に並べてカスケード接続したバルブとし、前記バルブを絶縁構造体を介して鉛直方向に重ねてバルブタワーを構成したことを特徴とする電力変換装置。
PCT/JP2019/048880 2019-12-13 2019-12-13 電力変換装置 WO2021117213A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19955445.2A EP4075657A4 (en) 2019-12-13 2019-12-13 POWER CONVERSION DEVICE
JP2021563558A JP7203249B2 (ja) 2019-12-13 2019-12-13 電力変換装置
US17/770,659 US11973413B2 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Power conversion device
PCT/JP2019/048880 WO2021117213A1 (ja) 2019-12-13 2019-12-13 電力変換装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/048880 WO2021117213A1 (ja) 2019-12-13 2019-12-13 電力変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021117213A1 true WO2021117213A1 (ja) 2021-06-17

Family

ID=76330090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/048880 WO2021117213A1 (ja) 2019-12-13 2019-12-13 電力変換装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11973413B2 (ja)
EP (1) EP4075657A4 (ja)
JP (1) JP7203249B2 (ja)
WO (1) WO2021117213A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7329654B1 (ja) 2022-04-12 2023-08-18 三菱電機株式会社 電力変換装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03285570A (ja) * 1990-03-30 1991-12-16 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置
JP2011503852A (ja) 2007-11-13 2011-01-27 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト パワー半導体素子モジュール
JP2014209812A (ja) * 2013-04-16 2014-11-06 株式会社日立製作所 半導体素子及び電力変換装置の配線構造
JP2016067126A (ja) * 2014-09-25 2016-04-28 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2016103897A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 株式会社日立製作所 電力変換装置およびこれを備えた鉄道車両

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6741245B1 (en) 1999-04-23 2004-05-25 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method for decorating a virtual model
JP4424918B2 (ja) 2003-03-24 2010-03-03 東芝エレベータ株式会社 電力変換装置
US8193784B2 (en) * 2007-06-15 2012-06-05 Fisher Controls International Llc Bidirectional DC to DC converter for power storage control in a power scavenging application
FR2932029B1 (fr) * 2008-05-29 2013-01-11 Airbus France Dispositif et procede de couplage de deux parties d'un reseau a courant continu notamment dans un aeronef
FR2962608B1 (fr) * 2010-07-07 2012-08-10 Toulouse Inst Nat Polytech Nouvelles structures de redondance pour convertisseurs statiques
JP5792903B2 (ja) * 2012-07-11 2015-10-14 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP6302655B2 (ja) * 2013-12-09 2018-03-28 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
GB2547936A (en) * 2016-03-03 2017-09-06 General Electric Technology Gmbh Fault protection for voltage source converters
JP6317516B1 (ja) * 2017-11-01 2018-04-25 高周波熱錬株式会社 直流平滑回路、インバータ、及び電源装置
EP3547525A1 (en) * 2018-03-27 2019-10-02 General Electric Technology GmbH Voltage source converter apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03285570A (ja) * 1990-03-30 1991-12-16 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置
JP2011503852A (ja) 2007-11-13 2011-01-27 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト パワー半導体素子モジュール
JP2014209812A (ja) * 2013-04-16 2014-11-06 株式会社日立製作所 半導体素子及び電力変換装置の配線構造
JP2016067126A (ja) * 2014-09-25 2016-04-28 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2016103897A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 株式会社日立製作所 電力変換装置およびこれを備えた鉄道車両

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4075657A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7329654B1 (ja) 2022-04-12 2023-08-18 三菱電機株式会社 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP4075657A4 (en) 2022-12-07
EP4075657A1 (en) 2022-10-19
US20220385164A1 (en) 2022-12-01
JPWO2021117213A1 (ja) 2021-06-17
JP7203249B2 (ja) 2023-01-12
US11973413B2 (en) 2024-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016170910A1 (ja) 電力変換装置
US5322458A (en) Collective conenction device for wire conductors
JP5132175B2 (ja) 電力変換装置
EP3203625A1 (en) Electric power conversion apparatus
KR20100121522A (ko) 전압 소스 컨버터
CN104659316A (zh) 蓄电模块及蓄电池
JP2013192335A (ja) 電力変換装置
CN111865100A (zh) 电力转换装置
WO2021117213A1 (ja) 電力変換装置
JP5438752B2 (ja) 半導体スタック、および、それを用いた電力変換装置
WO2018210506A1 (de) Halbleiterschaltanordnung
CN115176380A (zh) 模块层及由其构建的电池系统
JP4722677B2 (ja) 配電盤
US10541625B2 (en) Power conversion device
JP6858244B2 (ja) 電力変換装置
CN210349534U (zh) 干式变压器次级铜排连接结构
JP5869207B2 (ja) 回路部品実装構造ならびにその実装基板
US11152165B2 (en) Switching module connection structure
WO2019082731A1 (ja) 電気接続部材
JPH07303380A (ja) 半導体電力変換装置
JP7260066B2 (ja) 電源システム、および、接続端子とバスバーとの接続構造
JPH06327266A (ja) 半導体電力変換装置
EP3796539B1 (en) Modular switching cell
WO2022239170A1 (ja) 電力変換装置
CN112055938B (zh) 电力转换装置及电力转换单元

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19955445

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021563558

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019955445

Country of ref document: EP

Effective date: 20220713