DE69408734T2

DE69408734T2 - Leistungswandlervorrichtung mit geringer Induktiosstörung

Info

Publication number: DE69408734T2
Application number: DE69408734T
Authority: DE
Inventors: Akira Horie; Ken Itoh; Takayuki Matui; Syuuji Saitou; Eiichi Toyota; Takashi Tsuboi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2014-06-15
Also published as: JPH0715976A; JP2903950B2; EP0630777A1; AU6458594A; CN1115269C; ZA944472B; EP0630777B1; CN1106979A; US5583385A; DE69408734D1; AU665717B2; KR950000456A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungswandlervorrichtung und insbesondere ein Verringern einer Induktionsstörung bei dieser.
Im Stand der Technik gab es ein Problem, das darin bestand, daß eine von einen Wechselrichter ausgegebene höhere harmonische Komponente einen Induktionsmotor erreicht und über die Karosserie eines Elektrowagens durch eine Streukapazität zwischen der Ankerwicklung des Induktionsmotors und dem Motorrahmens fließt und eine nachteilige Wirkung, wie eine Fehlfunktion bei einer Signalvorrichtung am Boden auslöst. Bei der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 193001/1992 offenbarten Technik ist die Netzleitung eines Elektromotors, durch die der höhere harmonische Strom fließt, in einem Leiterkanal aufgenommen, um zu verhindern, daß der höhere harmonische Strom zur Karosserie fließt, so daß der magnetische Fluß durch elektrisches Verbindens des Motorrahmens mit dem Leiterkanal und unter Verwenden dieses Kanals als Rückkopplungsweg für den höheren harmonischen Strom beseitigt werden kann.
Beim oben beschriebenen Stand der Technik kann das Lekken des höheren harmonischen Stroms jedoch auch nicht in ausreichendem Maße verringert werden.
Dies liegt daran, daß der Elektromotor oder ein schweres Bauteil mit einem Gewicht von einigen hundert kg durch Schrauben oder ähnliches am Untergestell des Elektrowagens angebracht ist, 50 daß der höhere harmonische Strom durch diese Schrauben und das Untergestell zur Karosserie leckt.
Auf diese Weise wurde durch den über die Karosserie fließenden höheren harmonischen Strom ein Problem hervorgerufen, daß darin bestand, daß die Signalvorrichtung am Boden oder am Wagen nachteilig beeinflußt wird.
In DE-A-2 624 567 ist eine Leistungswandlervorrichtung offenbart, die ein Paar in Reihe geschalteter Schaltelemente aufweist, wobei ein Kahler über einen Isolator thermisch mit einem der Schaltelemente verbunden ist. Weiterhin ist der Kühler gegenüber einem Gehäuse isoliert, in dem die Lei stungswandlervorrichtung ausgenommen ist, und er ist an den Nuilpotentialpunkt der Innenseite der Leistungswandlervorrichtung angeschlossen.
In EP-A-0 590 502, welches ein Dokument nach Art. 54(3) EPÜ darstellt, ist eine Dreipegel-Leistungswandlervorrichtung beschrieben, bei der ein Gehäuse der Vorrichtung elektrisch an einen Kühler der Schaltelemente angeschlossen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben angegebenen Probleme entwickelt und hat eine Aufgabe, den nachteiligen Einfluß infolge des durch einen Leistungswandler erzeugten höheren harmonischen Stroms mit einer einfachen Konstruktion zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch eine Leistungswandlervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart. Um die zuvor erwähnte Aufgabe zu lösen, beruht die vorliegende Erfindung auf dem Grundkonzept, daß der höhere harmonische Strom nicht aus einer Wechselrichtervorrichtung herausgeführt wird, sondern in der Vorrichtung verarbeitet wird. Bei einer Leistungswandlervorrichtung mit einer Konstruktion, die ein Schaltelement und eine Kühleinrichtung über einen Isolator enthält, sind die Kühleinrichtung und die Erdseite einer Leistungsquelle für das Schaltelement daher miteinander verbunden.
Unter Berücksichtigung, daß das die Leistungswandlervorrichtung bildende Schaltelement eine elektrostatische Kapazität aufweist und daß der höhere harmonische Strom über die elektrostatische Kapazität in die Kühleinrichtung fließt, sei bemerkt, daß der höhere harmonische Strom, der ansonsten in die Netzleitung eines Elektromotors fließen könnte, durch elektrisches Verbinden der Kühleinrichtung und der Erdseite der Leistungsquelle zur Erdseite der Leistungsquelle umgeleitet wird.
Es ist hierdurch möglich, den höheren harmonischen Strom, der ansonsten aus der Wechselrichtervorrichtung herauslecken könnte, zu verringern.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ist ein Diagramm zur Erklärung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erklärung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erklärung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erklärung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Fig. 5 ist ein Diagramm zur Erklärung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In Fig. 6 ist ein Diagramm zur Darstellung einer internen Struktur eines gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Schaltelements dargestellt.
In Fig. 7 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Hauptschaltung eines Zweipegel-Wechselrichters dargestellt.
In Fig. 8 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Hauptschaltung eines Dreipegel-Wechselrichters dargestellt.
In Fig. 9 ist ein Diagramm zur Erklärung des Fließens eines höheren harmonischen Stroms über ein Gehäuse dargestellt.
In Fig. 10 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Anordnung der Vorrichtungen an einem Elektrowagen dargestellt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 10 in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben, bei der eine Wechselrichtervorrichtung von dieser für einen Elektrowagen verwendet wird.
Einer unterhalb des Bodens eines Elektrowagens 22 angebrachten Wechselrichtervorrichtung 20 wird über einen Scherenstromabnehmer 2 und eine Plusleitung P von einem Luftkabel 1 elektrischer Gleichstrom zugeführt, um ihn in einen dreiphasigen Wechselstrom mit veränderlicher Spannung und Frequenz umzuwandeln und dadurch Induktionsmotoren 10a und 10b zum Antreiben des Elektrowagens zu speisen.
Andererseits wird der Rückstrom von der Wechselrichtervorrichtung 20 über eine Minusleitung N, eine in leitendem Kontakt mit der Achse 24 eines Untergestells 25 angebrachte Bürste 23 und eine Schiene zur nicht dargestellten Teilstation zurückgeführt.
Weiterhin ist die Wechselrichtervorrichtung 20 an beiden Seiten ihres Gehäuses mit a- und b-Leitungs-Leistungseinheiten der U-, V- und W-Phasen zum Antreiben der a- und b- Leitungs-Induktionsmotoren 10a und 10b versehen.
Hier wird ein Beispiel der Hauptschaltungskonstruktion dieser Wechselrichtervorrichtung mit Bezug auf die Figuren 7 und 8 beschrieben.
In Fig. 7 wird der Gleichstrom vom Luftkabel 1 über den Scherenstromabnehmer 2 und eine aus einer Siebdrosselspule 3 und einem Siebkondensator 7 bestehende Siebschaltung einzelnen Phasenarmen 4, 5 und 6 zugeführt, so daß er durch selektives Ein- und Ausschalten von Schaltelementen der einzelnen Phasen zum drehenden Antreiben des Induktionsmotors in eine Phasenspannung mit zwei Pegeln umgewandelt wird.
Die hierbei zu verwendenden Schaltelemente sind beispielhaft durch selbstlöschende Schaltelemente, wie Abschaltthyristoren (d.h. GTO-Thyristoren), Bipolartransistoren oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (d.h. IGBTs) gegeben.
In den letzten Jahren wurde andererseits ein Dreipegel-Wechselrichter als Wechselrichter für Elektrowagen verwendet. Dieser Wechselrichter kann Plusspannungen, Nullspannungen und Minusspannungen als Ausgangsphasenspannungen ausgeben, so daß eine scheinbare Schaltspannung erhöht werden kann, um einen Wechselstrom auszugeben, der eher einer Sinusschwingung ähnelt. Dies wird mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben.
spannungsteilerkondensatoren 71 und 72 teilen den Eingangsgleichstrom bei einem Teilungsverhältnis (von 1 : 1) und die Plus-, die Null- und die Minusspannungen werden als Phasenspannung durch die schaltvorgänge der vier in Reihe geschalteten einzelnen Phasenarme ausgegeben.
Die Beschreibung wird unter Verwendung des U-Phasenarms 4 als Beispiel fortgesetzt.
Während Schaltelemente 43 und 44 des IGBT oder etwas ähnlichem eingeschaltet sind, wird das Potential eines Punkts P an den Induktionsmotor 10 ausgegeben. Wenn die Schaltelemente 44 und 45 eingeschaltet sind, wird das neutrale Potential eines Punkts 0 ausgegeben. Während die Schaltelemente 45 und 46 eingeschaltet sind, wird das Potential eines Punkts N ausgegeben.
Wenn diese Elemente selektiv ein- und ausgeschaltet werden, wird der einer Impulsbreitenmodulation unterworfene Wechselstrom ausgegeben.
Beim Ausführen der oben beschriebenen Schaltvorgänge durch die Wechselrichtervorrichtung 20 wird durch den höheren harmonischen elektrischen Strom, der vom Wechselrichter ausgegeben wird, eine Induktionsstörung hervorgerufen.
Dies wird mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Der vom Wechselrichter ausgegebene höhere harmonische Strom fließt über die Ankerwicklung des Induktionsmotors 10, eine im Motorrahmen vorhandene Streukapazität 101 und die Erde, bis er zur Minusseite der Wechselrichtervorrichtung 20 zurückgeführt wird.
Wie in Fig. 10 auch dargestellt ist, befinden sich die Wechselrichtervorrichtung 20 und der Induktionsmotor in einem Abstand zueinander und sind über einen Leiter miteinan der verbunden. Falls auf diese Weise der höhere harmonische Strom durch den Leiter fließt, wirkt dieser Leiter als eine Antenne, die nachteilige Wirkungen in Gestalt von Rauschstörungen auf das Signalsystem eines Schienenwegs, wie die induktiven oder drahtlosen Vorgänge, ausübt.
Diese Rauschstörungen treten auch auf einer anderen Leitung auf. Dies wird mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben. Fig. 9 ist ein Schnitt zur Darstellung des Inneren der in Fig. 10 dargestellten Wechselrichtervorrichtung 20. Die Wechselrichtervorrichtung 20 besteht aus den beiden Zweipegel-Wechsel richtern aus Fig. 7. Von diesen treibt der rechte Wechselrichter den a-Leitungs-Elektromotor loa an, und der linke Wechselrichter treibt den b-Leitungs-Elektromotor 10b an. In Fig. 9 ist nur eine Phase dargestellt. Ähnliche Erörterungen gelten für die übrigen Phasen.
Wärmeaufnahmeplatten (oder Wärmeblöcke) 18a und 18b zum Absorbieren der durch die Schaltelemente erzeugten Wärme sind durch nichtdargestellte Schrauben an den beiden Seiten des Gehäuses 20 der Wechselrichtereinheit angebracht. An diese Wärmeaufnahmeplatten 18a und 18b sind Wärmeabstrahlein richtungen 19 zum Abstrahlen der von diesen Wärmeaufnahmeplatten absorbierten Wärme an die Atmosphäre einzeln angefügt.
An die Wärmeaufnahmeplatten 18a und 18b sind weiterhin als Schaltelemente wirkende Halbleitervorrichtungen 41a und 42a, 41b und 42b durch Schrauben oder ähnliches fest angefügt und montiert.
Mit Bezug auf Fig. 6 wird hier ein Beispiel der internen Struktur der Halbleitervorrichtung beschrieben.
Die Halbleitervorrichtung besteht aus einem Halbleiterchip 32, einer an eine Kollektorplatte angeschlossenen Pluselektrode 33, einer Minuselektrode 34, einer isolierenden Platte 31 und einer Kupferbasis 30, und diese Bauteile sind durch ein Lötmittel miteinander verbunden. Weiterhin ist die Außenseite dieser Halbleitervorrichtung mit einem isolierenden Gehäuse aus Kunststoff oder ähnlichem bedeckt, um eine modulartige Vorrichtung zu erzielen. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann die vorliegende Erfindung sogar für ein Modul verwendet werden, dessen Freilaufdiode in einem Gehäuse aufgenommen ist.
Die isolierende Platte 31 hat die Rolle, den Kupfersockel 30 und den Halbleiterchip 32 elektrisch zu isolieren und die im Halbleiterchip 32 hervorgerufene Verlustwärme zum Kupfersockel 30 zu übertragen.
Andererseits besteht die zu verwendende isolierende Platte 31 hauptsächlich aus Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) oder Aluminiumnitrid (AlN).
Eine elektrostatische Kapazität besteht zwischen der an die pluselektrode 33 angeschlossenen Kollektorplatte und der Kupferbasis 30, da die isolierende Platte 31 als ein dielektrisches Element wirkt.
Wenn die Schaltelemente ein- bzw. ausgeschaltet werden, wird der Hauptschaltungsstrom durch die isolierende Platte 31 gesperrt, es kann jedoch durch die elektrostatische Kapazität ein Hochfrequenzstrom im Gehäuse induziert werden.
In Fig. 9 ist das Schaltelement 41b beispielsweise ausgeschaltet, das Schaltelement 42b ist jedoch eingeschaltet. Wenn in diesem Moment das Schaltelement 41a aus dem ausgeschalteten Zustand eingeschaltet wird, während das Schaltelement 42a aus dem eingeschalteten Zustand ausgeschaltet wird, wird das Schaltelement 42a ausgeschaltet, während das Schaltelement 41a eingeschaltet wird. In diesem Moment wird die Spannung des als Leistungsquelle wirkenden Siebkondensators 7 an die Kollektorplatte des Schaltelements 42a angelegt. Daraufhin beginnt der durch die Dielektrizitätskonstante oder ähnliches der isolierenden Platte 31 des Schaltelements 42a zu bestimmende Ladestrom vom Kollektor zur Kupferbasis 30 zu fließen. Der auf diese Weise abgeflossene Leckstrom wird von der Wärmeaufnahmeplatte 18a durch das Gehäuse 20 und über die elektrostatische Kapazität der isolierenden Platte 31 des eingeschalteten Schaltelements 42b zum Siebkondensator 7 zurückgeführt. Es sei bemerkt, daß das Gehäuse 20 zum Verhindern von Stromschlägen über eine Gehäusemasseleitung 36 an die Minusleitung (oder die Erdleitung) N angeschlossen ist, durch die ein Teil des Leckstroms zum.Siebkondensator 7 zurückkehrt.
Wenngleich eine Phase der a- und der b-Leitung beschrieben wurde, gilt diese Beschreibung an sich ebenso für die übrigen Phasen, und dieser Strom fließt als ein Streustrom über alle Flächen des Gehäuses.
Dieser Leckstrom enthält die verschiedenen Frequenzkomponenten, die durch die Schaltraten der Schaltelemente, die elektrostatische Kapazität des Isolators, die Streuinduktivität der Hauptschaltung und die Impedanz des Gehäuses bestimmt sind.
Unsere Erfahrungen haben gezeigt, daß ein Hochfrequenzstrom von bis zu einigen hundert kHz oder mehr bei mehreren zehn A pro Phase fließen könnte.
Das Fließen dieses Hochfrequenz-Leckstroms durch dieses Gehäuse bewirkt auch die Rauschstörungen, die das Kommunikationssystem für den Schienenweg, wie die drahtlose Induktionskommunikation, welche sich in der Nähe der Schiene befindet, beeinflussen.
Hier wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der beide Arten der bisher beschriebenen höheren harmonischen Ströme (beispielsweise der Strom zusammen mit dem Hauptschaltungsstrom zur Minusseite und der Streustrom an der Gehäuseoberfläche) beseitigt sind.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die vorzunehmende Beschreibung ist auf die Punkte beschränkt, die sich von denen der in Fig. 9 dargestellten Konstruktion unterscheiden.
Die Wärmeaufnahmeplatten 18a und 18b sind über ausreichend dicke Isolatoren 17 aus Gummi an das Gehäuse 20 der Wechselrichtervorrichtung angefügt. Weiterhin sind diese einen Kühler bildenden Wärmeaufnahmeplatten 18a und 18b direkt an die Minusleitung der Hauptschaltung angeschlossen.
Dank dieser Konstruktion wird der höhere harmonische Strom, der andernfalls zum Induktionsmotor 10 fließen könnte, durch die elektrostatischen Kapazitäten der einzelnen Schaltelemente 41a, 42a, 41b und 42b und eine Leitung (oder einen Leiter) 91 umgeleitet, um direkt zum Siebkondensator zurückzukehren, so daß er nicht aus der Wechselrichtervorrichtung 20 herausleckt. Daher kann der durch den die Wechselrichtervorrichtung 20 und den Induktionsmotor 10 verbindenden Leiter fließende höhere harmonische Strom verringert werden, so daß der Leiter die Rolle einer Antenne spielt, um die Induktionsstörung zu verringern.
Weiterhin sind der Kühler und das Gehäuse mit einer ausreichend hohen Impedanz gegen Hochfrequenzschwingungen isoliert, und der Kühler und die Minusleitung sind über den Leiter mit einer ausreichend niedrigen Impedanz gegen die Hochfrequenzschwingungen verbunden. Daher wird der Leckstrom, der erzeugt wird, wenn sich das Kollektorpotential des Schaltelements 42a ändert, durch den Isolator 17 gesperrt, bevor er in den Streustrom übergeht, der im Gehäuse der Wechselrichtervorrichtung 20 fließt, und wird direkt zur Minusseite des Siebkondensators umgeleitet.
Daher fließt kein Strom in das Gehäuse der Wechselrichtervorrichtung 20.
Hier wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.
Der Unterschied gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß ein Masseschalter 37 des Gehäuses vorgesehen ist und daß die Erdseite des Masseschalters 37 und die Wärmeaufnahmeplatten 18a und 18b über den Leiter 91 verbunden sind. Der Masseschalter 37 wird verwendet, um die Isolation zwischen dem Ladeabschnitt der Hauptschaltung und dem Gehäuse zu testen. Eine vorgegebene Spannung wird bei einem Isolationstest durch Öffnen dieses Masseschalters 37 zwischen den Ladeabschnitt der Hauptschaltung und das Gehäuse angelegt. Da der Leiter 91 der Wärmeaufnahmeplatten 18a und 18b durch den Masseschalter gegenüber dem Hauptschaltungs-Ladeabschnitt isoliert ist, gibt es beim Isolationstest keine Probleme zwischen dem Ladeabschnitt der Hauptschaltung und dem Gehäuse.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen besteht das vorgenommene darin, die Wärmeaufnahmeplatten und die Minusseite des Siebkondensators lediglich durch den Leiter 91 zu verbinden. Hier wird jedoch eine Ausführungsform beschrieben, bei der eine spezielle herauszufilternde Frequenzkomponente in dem zum Induktionsmotor führenden Weg durch positive Verwendung der elektrostatischen Kapazität in den Schaltelementen verringert wird.
Die Kapazität der isolierenden Platte 31 wird wiederum mit Bezug auf Fig. 6 berechnet.
Eine spezielle Dielektrizitätskonstante &epsi;r des die isolierende Platte bildenden Aluminiumoxids wird durch
&epsi;r = 8,5; und tan δ = 5 bis 20 × 10&supmin;&sup4; ausgedrückt.
Falls die isolierende Aluminiumoxidplatte eine Dicke t von 0,5 mm, eine Länge A von 100 mm und eine Breite B von 100 mm hat, kann die Kapazität aus der folgenden Gleichung bestimmt werden.
C = &epsi;r 0 × A × B / t
(E&sub0;: Dielektrizitätskonstante im Vakuum = 8,85 × 10&supmin;¹&sup5; F/mm) = 1,5 × 10&supmin;&sup9; (F),
wobei tan δ einen kleinen Wert annimmt und wenig interne Verluste hat, so daß sie als Kondensator angesehen werden kann).
Die Beschreibung wird detailliert mit Bezug auf Fig. 3 gegeben.
Der Unterschied gegenüber den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen besteht darin, daß die vorliegende Erfindung selbst für eine Leitung verwirklicht werden kann, wenngleich die Ausführungsformen zwei a- und b Leitungs-Wechselrichter aufweisen.
Die früheren Ausführungsformen sind mit anderen Worten dafür vorgesehen, den wegen der beiden Leitungen erzeugten Streustrom zu verhindern. Es ist bei der vorliegenden Ausführungsform andererseits beabsichtigt, den höheren harmonischen Strom zu verringern, der zumindest in den Induktionsmotor fließt. Weiterhin könnte der Streustrom selbst bei zwei oder mehreren Wechselrichtern gemäß der vorliegenden Ausführungsform natürlich verringert werden.
Die Schaltelemente 41 und 42 sind an eine gemeinsame Wärmeaufnahmeplatte 18 angefügt.
Die Wärmeaufnahmeplatte 18 und das Gehäuse der Wechselrichtervorrichtung 20 sind über durch den Isolator 17 hindurchführende Schrauben 21 befestigt. Dieser Isolator 17 verhindert das Fließen des höheren harmonischen Stroms in das Gehäuse der Wechselrichter-Vorrichtung 20, der andernfalls durch die elektrostatische Kapazität in den Schaltelementen fließen könnte.
Um nun das Fließen des durch die Schaltelemente zu erzeugenden höheren harmonischen Stroms in den Leiter zwischen der Wechselrichtervorrichtung 20 und dem Induktionsmotor 10 zu verhindern, ist es erforderlich, den höheren harmonischen Strom zu leiten, bevor er diesen Leiter erreicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Induktionsstörung mit einer einfachen Konstruktion durch positive Verwendung der elektrostatischen Kapazität in den Schaltelementen als Kondensator eines LC-Filters zum Umleiten des höheren harmonischen Stroms verhindert werden.
Insbesondere wird die zwischen die Wärmeaufnahmeplatte 18 und den Siebkondensator 7 zu schaltende Induktivitätskomponente aus der Frequenz des umzuleitenden höheren harmonischen Stroms und der vorhergehend erwähnten bestimmten elektrostatischen Kapazitt berechnet, und die Induktivitätskomponente mit einer so bestimmten Größe wird zwischen die Wärmeaufnahmeplatte 18 und den Siebkondensator 7 geschaltet. Falls die erforderliche Induktivität so hoch ist wie die Drahtinduktivität braucht daher keine Drosselspule speziell angeschlossen zu werden. Auf diese Weise können die Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 als ein Spezialfall der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
Hier wird ein Beispiel vorgestellt, bei dem das bei den Signalübertragungen im Schienenweg verwendete Frequenzband 200 kHz beträgt. Um zu verhindern, daß die störenden elektrischen Schwingungen dieser Frequenz aus dem Elektrowagen (d.h. der Wechselrichtervorrichtung) herauslecken, kann die LC-Resonanzfrequenz als 200 kHz gewählt werden. Diese werden verwendet, um die Induktivität dieses LC-Resonanzfilters zu bestimmen, da die Frequenz und die Kapazität als
L = 4,2 × 10&supmin;&sup4; (H),
festgelegt sind, falls f = 1/(2π (LC)) = 200 kHz und C = 1,5 × 10&supmin;&sup9; (F) ersetzt werden.
Das Resonanzfilter von 200 kHz wird durch Einstellen einer Resonanzinduktivität 92 von 4,2 × 10&supmin;&sup4; festgelegt.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, in dem die vorhergehende Ausführungsform bei Verwendung eines Dreiphasen-Wechselrichters dargestellt ist. Die elektrostatischen Kapazitäten 941 und 962 der einzelnen Schaltelemente 41 bis 62 sind zwischen den Kollektoren der Schaltelemente 41 bis 62 und der Wärmeaufnahmeplatte 18 vorhanden. Zwischen die wärmeaufnahmeplatte und den Siebkondensator 7 ist weiterhin die Resonanzinduktivität 92 geschaltet, die wie obenerwähnt berechnet ist. Diese Resonanzinduktivität 92 ist entsprechend der Größe der Induktivität einer Luftkern-Drosselspule, einer Eisenkern-Drosselspule, einer reinen Wicklung oder einer reinen Leitung ausgewählt.
Hier wird mit Bezug auf Fig. 7 eine äquivalente Schaltung beschrieben.
Bezugszahlen 94 bis 96 bezeichnen die zusammengesetzten Kapazitäten der elektrostatischen Kapazitäten der einzelnen Schaltelemente für die einzelnen Phasen, und die Bezugszahl 92 bezeichnet die Resonanzinduktivität. Diese Komponenten bilden ein Überbrückungsfilter 9. Hierbei leckt der höhere harmonische Strom dank des Vorhandenseins des überbrückungsfilters 9 weder aus der Wechselrichtervorrichtung noch aus dem zum Induktionsmotor führenden Durchlaß.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Induktionsstörungen durch die einfache Konstruktion verringert werden.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Wenngleich die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform die drei Phasen durch die einzige Wärmeaufnahmeplatte 18 gemeinsam abkühlt, wird hier ein Fall vorgestellt, in dem die drei Phasen getrennt abgekühlt werden.
Resonanzinduktivitäten 924 bis 926 dieses Falls werden für die einzelnen Phasen an die Wärmeaufnahmeplatte und die Minusseite des Siebkondensators 7 angeschlossen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die höhere harmonische Komponente der LC-Resonanzfrequenzkomponente nicht wie zuvor zum Induktionsmotor 10 übertragen, da sie durch die Siebschaltung umgeleitet wird.
Wenngleich die vorhergehende Beschreibung den Fall betrifft, in dem nur ein Wechselrichter im Gehäuse der Wechselrichtervorrichtung 20 angebracht ist, ist es selbst in dem Fall, in dem eine Vielzahl von Leitungen angebracht sind, möglich, nicht nur den höheren harmonischen Strom, der ansonsten zum Induktionsmotor 10 fließen könnte, sondern auch den Streustrom, der ansonsten über die Gehäusefläche fließen könnte, zu unterdrücken.
Wenngleich die vorhergehende Beschreibung unter der Annahme der Verwendung von zweipegel-Wechselrichtern vorgenommen wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine höhere Wirkung erzielt werden, falls sie für einen Dreipegel- Wechselrichter verwendet wird, der eine scheinbar höhere Schaltfrequenz hat, wie in Fig. 8 dargestellt ist.
Wenngleich die vorhergehende Beschreibung unter der Annahme der Verwendung von Wechselrichtern vorgenommen wurde, können weiterhin selbst dann ähnliche Wirkungen erzielt werden, wenn die vorliegende Erfindung auf einen Leistungswandler, beispielsweise einen PWM-Wandler, angewendet wird.
Wenngleich die vorhergehende Beschreibung unter der Annahme der Verwendung von Elektrowagen vorgenommen wurde, können die Störungen durch elektrische Schwingungen infolge der höheren harmonischen Schwingungen zwischen dem Leistungswandler und der Last oder infolge des über das Gehäuse fließenden höheren harmonischen Stroms unter Anwendung der vorliegenden Erfindung verringert werden.
Wie zuvor beschrieben wurde, können die Induktionsstörungen infolge des Schaltens der Wechselrichter gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer einfachen Konstruktion verringert werden.

Claims

1. Leistungswandlervorrichtung zum Umwandeln von Gleichstrom mit

einem Gehäuse (20);

einem Paar von Gleichstromanschlüssen (P, N), die eine Plusleitung zum Liefern von Gleichstrom und eine Minusleitung zum Abführen von Gleichstrom aufweisen;

einer Vielzahl von Paaren von in Reihe geschalteten Schaltelementen (41a, 41b, 42a, 42b), die mit dem Paar von Gleichstromanschlüssen (P, N) zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom verbunden sind;

Wechselstromanschlüssen, die mit den Reihenschaltungs- Verknüpfungspunkten der in Reihe geschalteten Schaltelemente (41, 41b, 42a, 42b) zum Liefern von Wechselstrom an eine Last (10; 10a, 10b) verbunden sind;

einem Siebkondensator (7, 71, 72), der zwischen die Plusleitung und die Minusleitung des Paares von Gleichstromanschlüssen geschaltet ist;

einer Kühleinrichtung (18a, 18b, 19; 30), die mit den Schaltelementen über einen elektrischen Isolator (31) in Verbindung steht;

einem Leiter (91) zum elektrischen Verbinden der Kühleinrichtung (18a, 18b, 19; 30) mit der Minus-Leitungsseite des Siebkondensators (7, 71, 72); und

einer elektrisch isolierenden Einrichtung (17), die zwischen der Kühleinrichtung und dem Gehäuse (20) vorgesehen ist, wodurch in den Schaltelementen induzierte Hochfrequenzströme zu dem Siebkondensator (7) abfließen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine elektrostatische Kapazität zwischen den Schaltelementen (41a, 41b, 42a, 42b) und der Kühleinrichtung (18a, 18b, 19; 30) besteht.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend einen Masseschalter (37), der zwischen die Plusleitung und die Minusleitung des Paares von Gleichspannungsanschlüssen (P, N) geschaltet ist, wodurch die Kühleinrichtung (18a, 18b, 19; 30) und die Minus-Leitungsseite des Masseschalters (37) miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse (20) mit der Minusleitung (N) des Paares von Gleichspannungsanschlüssen durch eine Gehäusemasseleitung (38) verbunden ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Leiter (91) eine ausreichend niedrige Impedanz gegen Hochfrequenzschwingungen aufweist.

6. Vorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrisch isolierende Einrichtung (17) die Kühleinrichtung (18a, 18b, 19; 30) mit einer ausreichend hohen Impedanz gegen Hochfrequenzschwingungen isoliert.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Resonanzinduktivität (92) zwischen die Kühleinrichtung (18a, 18b, 19; 30) und die Minus-Leitungsseite des Siebkondensators (7, 71, 72) geschaltet ist.