JP2567853B2 - 電気車用インバ−タ - Google Patents

電気車用インバ−タ

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JP2567853B2
JP2567853B2 JP62058998A JP5899887A JP2567853B2 JP 2567853 B2 JP2567853 B2 JP 2567853B2 JP 62058998 A JP62058998 A JP 62058998A JP 5899887 A JP5899887 A JP 5899887A JP 2567853 B2 JP2567853 B2 JP 2567853B2
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秀治 斉藤
聖紀 網倉
佳司 神保
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は電気車用インバータ、特に冷却ユニツトへの
収納方式に特徴を有する電気車用インバータに関するも
のである。
〈従来の技術〉 フロン冷却式の電気車用インバータについては、例え
ば1985年11月第22回「鉄道におけるサイバネテイクス利
用国内シンポジウム論文集」(日本鉄道サイバネテイク
ス協議会)において、「4.5KV 2KA GTOサイリスタ応用V
VVFインバータ制御装置」として提案されている。
先ず、前述の従来提案されている電気車用インバータ
について、第3図及び第4図を使用して説明する。
ここで、第3図は従来提案されている電気車用インバ
ータの構成を示す回路図、第4図は半導体素子に印加さ
れる電圧波形図である。
第3図に示すように、電源端子t1,t2間に各相インバ
ータ回路1,2,3が互いに並列に接続されて電気車用イン
バータが構成されている。
各相インバータ回路1は、アーム回路4及び5が互い
に直列に接続されて構成され、これらアーム回路4及び
5の接続点から、出力信号端子が取り出されている。
アーム回路4は、自己消弧能力を有する半導体素子と
してゲートターンオフサイリスタ(以下GTOと略記す
る)6に並列に、循環用ダイオード7が逆並列に接続さ
れ、さらにGTO6に並列にスナバダイオード8とスナバコ
ンデンサ9との直列接続回路が接続され、スナバダイオ
ード8に並列にスナバ抵抗10が接続されている。
これらのスナバダイオード8、スナバコンデンサ9及
びスナバ抵抗10が、スナバ回路を構成している。
このように構成されるアーム回路4に対して、同一構
成のアーム回路5が直列に接続され、アーム回路5の一
端は電源端子t2に接続される。また、アーム回路4の
一端と電源端子t1間にはアノートリアクトル11が接続
され、このアノードリアクトル11に並列に、アノードリ
アクトル11用のフリーホイールダイオード12と減衰用抵
抗13との直列接続回路が接続されている。
また、第3図に一点鎖線で示すように、前述のフリー
ホイールダイオード12、循環用ダイオード7、GTO6、ス
ナバダイオード8とアーム回路5の同一の回路素子が、
第1の冷却ユニツト14内に収容されている。この第1の
冷却ユニツト14においては、アーム回路4のGTO6の陽極
側の取出端子とフリーホイールダイオード12の陰極側の
取出端子とにブツシング15及び16が設けられている。ま
た、第1の冷却ユニツト14では、アーム回路5のGTOの
陰極側の取出端子と、アーム回路4及び5の接続点の取
出端子にもそれぞれブツシングが設けられ、全体で4個
のブツシングが設けられている。
第1の冷却ユニツト14内には冷却剤としてフロンが充
填されており、ユニツトには密封構造が要求されるの
で、前述のブツシングはフロンの圧力に耐えるように周
辺構造を強固にして、直径5cm程度のものが使用され
る。
同様にして第2及び第3の冷却ユニツト17、18が設け
られ、これらの冷却ユニツトには第1の冷却ユニツト14
と同様に、スナバ抵抗とスナバコンデンサを除いた各相
インバータ回路2及び3の回路素子が収容されている。
また、各相インバータ回路1、2、3においては、GT
Oがターンオフしてから所定時間内でGTOがターンオンし
ないように回路が構成されている。第4図は、GTOがタ
ーンオフする時にGTOに印加される電圧波形であり、パ
ルス電圧の最大値VpはGTOの耐圧以下となるようにスナ
バコンデンサの容量が設定されている。
この場合、GTOがターンオン可能な最大電圧値は、GTO
の耐圧に比して低いので、パルス電圧が回路に加わる時
間tpの間では、GTOがターンオフした後でターンオンし
ないように回路が構成されていることが必要である。
〈発明が解決しようとする問題点〉 前述せる従来提案されている電気車用インバータで
は、各相の回路ごとに冷却ユニツトが必要であつて全体
が大型化し、多くの製造工数も必要である。
本発明は前述せるような電気車用インバータの現状に
鑑みてなされたものであり、その目的は冷却ユニツトを
共通とし且つ構成部品数を減少させて、全体を小型化し
た電気車用インバータを提供することにある。
〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明は、自己消弧能力を
有する半導体素子に循環用ダイオードが並列に接続さ
れ、且つ前記半導体素子に並列にスナバ回路が接続され
てアーム回路が形成され、該アーム回路が少なくとも二
回路互いに直列に接続されて各相インバータ回路が構成
され、該各相インバータ回路が電源端子間に三回路互い
に並列に接続され、前記アーム回路相互の接続点から出
力信号端子が取り出された電気車用インバータにおい
て、前記各相インバータ回路の前記電源端子側はそれぞ
れ互いに接続されて共通の第1及び第2の接続点とさ
れ、前記第1の接続点と前記電源の正端子間に各相に共
通のアノードリアクトルが接続され、前記アノードリア
クトルに並列に、アノードリアクトル用のフリーホイー
ルダイオードと減衰用抵抗との直列接続回路が接続さ
れ、前記各相インバータ回路の前記半導体素子、前記循
環用ダイオード及び前記スナバ回路のスナバダイオード
が冷媒を密封した共通の冷却ユニツトに収容され、前記
冷却ユニツトからは、前記第1及び第2の接続点の取出
端子、前記フリーホイールダイオードの陰極側の取出端
子、及び前記アーム回路相互の接続点の取出端子がそれ
ぞれ密封構造のブツシングを介して導出されていること
を特徴としている。
〈作用〉 本発明では、各相インバータ回路の電源端子側には、
それぞれ共通の第1及び第2の接続点が設けられている
ので、電源の正端子との間に二個所のブツシングを、電
源の負端子との間に一個所のブツシングを設ければよい
ので、ブツシング数を減少した構成となる。
また、前述の第1及び第2の接続点を設けたために、
各相インバータ回路のスナバ回路が互いに並列に接続さ
れて、実質的には各相インバータ回路のスナバ回路容量
が増加したことになる。
従つて、各相インバータ回路を共通の冷却ユニツトに
収容した場合に、ブツシング数を減少し且つ各相のスナ
バ回路容量を実質的に増加させた構成とし、また、共通
配線とすることで小型が可能になるとともに、冷却する
必要があるもののみ収容して冷却するので、全体が小型
化され、組立工数も減少させることが出来る。
〈実施例〉 以下本発明の実施例を、第1図及び第2図を使用して
詳細に説明する。
ここに、第1図は本発明の実施例の構成を示す回路
図、第2図(A)(B)は本発明の実施例における半導
体スタツクの構成を示す正面図及び側面図であり、第1
図及び第2図(A)(B)において第3図と同一部分に
は同一符号が付されている。
第1図に示すように本発明の実施例においては、すで
に第3図を用いて説明した従来提案されている電気車用
インバータに対して、各相インバータ回路1、2、3の
電源端子t1側が、互いに接続されて共通の第1の接続
点20が設けられている。同様にして、各相インバータ回
路1、2、3の電源端子t2側が、互いに接続されて共
通の第2の接続点21が設けられている。
また、実施例では電源端子t1は電源の正端子とさ
れ、電源端子t1と前述の第1の接続点20間に、各相イ
ンバータ回路1、2、3に共通のアノードリアクトル22
が接続され、アノードリアクトル22に並列にアノードリ
アクトル22用のフリーホイールダイオード23と減衰用抵
抗24との直列接続回路が接続されている。そして前述の
第2の接続点21は、電源端子t2に接続されている。
さらに、図示していないがインバータ周波数及びイン
バータ電圧を制御するために、例えば16ビツトマイクロ
コンピユータ式のゲート制御装置が設けられている。
また、スナバコンデンサとスナバ抵抗を除いた各相イ
ンバータ回路1、2、3の回路素子とフリーホイールダ
イオード23とが、共通の冷却ユニツト26内に収容されて
いる。この冷却ユニツト26に対して、第1の接続点20の
取出端子、フリーホイールダイオード23の陰極側の取出
端子、第2の接続点21の取出端子に、それぞれブツシン
グ27、28及び29が設けられている。
さらに、各相インバータ回路1、2、3における、ア
ーム回路相互の接続点30、31、32の取出端子に対して、
冷却ユニツト26にブツシング33、34、35が設けられてい
る。これらのブツシング33、34、35を介して、各相イン
バータ回路1、2、3の出力信号端子が、電気車用のモ
ータ25の各相端子ta,tb,tcに接続されている。
このようにして、共通の冷却ユニツト26内にスナバコ
ンデンサとスナバ抵抗を除いた各相インバータ回路1、
2、3の回路素子が、第1及び第2の接続点20及び21間
に互いに並列に接続されている。従つて、各相のスナバ
回路はすべての相で共通に使用可能であり、実質的には
各相インバータ回路1、2、3のスナバ回路の容量が増
大した回路構成となつている。
第2図(A)(B)に示すように、冷却ユニツト26内
に配される半導体スタツクには、配線バー36が設けら
れ、この配線バー36にGTO6とスナバダイオード8とが互
いに並列に接続されて取り付けられ、さらに負荷回路が
この配線バー36を介して接続されている。
このようにして配線バー36に固定されたGTO6及びスナ
バダイオード8を挟持するようにして、配線バー37及び
38が取り付けられている。この配線バー37は前述の第1
の接続点20をその板面上に設け、配線バー38は前述の第
2の接続点21をその板面上に設けるように構成されてい
る。
前述の配線バー36、37、38を使用することにより、各
相インバータ回路1、2、3間の配線インダクタンスを
減少させた回路構成となつている。
以上に説明したように構成される本発明の実施例の動
作について、以下に説明する。
前述のマイクロコンピユータ式のゲート制御装置から
の、インバータ周波数及びインバータ電圧を制御するた
めの制御信号が、各相インバータ回路1、2、3に与え
られ、この制御信号によつて各相インバータ回路のGTO
のターンオフ、ターンオン制御が行なわれる。
例えば、各相インバータ回路1のGTO6がターンオフ動
作を行なうと、すでに第4図を用いて説明したように、
スナバコンデンサ9にパルス電圧が印加される。
しかし、実施例においては配線バー37及び38を介し
て、冷却ユニツト26内に低インダクタンス構成で、各相
のスナバ回路が高いに並列に接続されているので、スナ
バコンデンサ9に充電されるパルス電圧の最大値は第4
図のVpに対して、 となる。
このように、実施例においてはGTOのターンオフで生
じるパルス電圧の最大値を低下させることが出来るの
で、各相インバータ回路1のGTO6がターンオフした直後
に、例えば各相インバータ回路2のGTOがターンオンす
る場合でも、ターンオンするGTOが高い電圧値でターン
オンして永久破壊する事故が防止出来る。
本発明の実施例によると、冷却ユニツト26を共通に構
成して前述せる従来の装置に比して、寸法比及び重量比
で5〜10%の減少が可能であり、製造工数比では20%の
低減を行なうことが出来た。
このように本発明の実施例によると、冷却ユニツトを
各相共通とし、且つ配線バー36〜38を使用して、各相イ
ンバータ回路の回路素子を短配線状態で低インダクタン
ス接続し、第1及び第2の接続点20、21間に互いに並列
に接続することにより、スナバ回路の容量を実質的に増
加させている。
従つて、各相インバータ回路1、2、3のGTOのター
ンオフ後のターンオン動作時に、高電圧のパルス電圧の
印加でGTOが破壊することがなく、制御動作を円滑に行
なわせることが出来る。
また、冷却ユニツトに取り付けるブツシング数も減少
させることが出来るので、全体が小型化され且つ製造工
数も低減させることが出来る。
実施例においては、GTOとスナバダイオードが取り付
けられる配線バーを、各相ごとに設けているが、本発明
は実施例に限定されるものではなく、この配線バーを各
相に共通のものとすることも出来る。
また、実施例においては自己消弧能力を有する半導体
素子としてGTOを使用した場合を説明したが、この半導
体素子はGTOに限らず例えばトランジスタを使用するこ
とも可能である。
〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、冷却ユニットから取り出
される端子数を最も少なくすることができるので、共通
の冷却ユニットに最少のブッシング数で収容することが
でき、冷却媒体の漏洩事故の発生を最小限に抑えること
が可能となる。また、共通配線とすることで各相インバ
ータ回路のスナバ回路の容量を実質的に増加した配線構
成として、ターンオフ後のターンオン動作時の半導体素
子の破壊を防止して円滑な制御動作が行われ、さらに、
共通配線としたことで、小型が可能になるとともに、冷
却する必要があるもののみ収容して冷却するので、冷却
容量を最小限に抑えることができ、効率的な冷却が可能
になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の構成を示す回路図、第2図
(A)(B)は本発明の実施例における半導体スタツク
の構成を示す、それぞれ正面図及び側面図、第3図は従
来提案されている電気車用インバータの構成を示す回路
図、第4図は半導体素子に印加される電圧波形図であ
る。 1、2、3……各相インバータ回路、4、5……アーム
回路、6……GTO、7……循環用ダイオード、8……ス
ナバダイオード、9……スナバコンデンサ、10……スナ
バ抵抗、11……アノードリアクトル、12……フリーホイ
ールダイオード、13……減衰用抵抗、14……第1の冷却
ユニツト、15、16……ブツシング、17……第2の冷却ユ
ニツト、18……第3の冷却ユニツト、20……第1の接続
点、21……第2の接続点、22……アノードリアクトル、
23……フリーホイールダイオード、24……減衰用抵抗、
25……モータ、26……冷却ユニツト、27、28、29……ブ
ツシング、30、31、32……接続点、33、34、35……ブツ
シング、36、37、38……配線バー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神保 佳司 勝田市市毛1070番地 株式会社日立製作 所水戸工場内 (56)参考文献 特開 昭60−121966(JP,A) 特開 昭51−1929(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自己消弧能力を有する半導体素子に循環用
    ダイオードが並列に接続され、且つ前記半導体素子に並
    列にスナバ回路が接続されてアーム回路が形成され、該
    アーム回路が少なくとも二回路互いに直列に接続されて
    各相インバータ回路が構成され、該各相インバータ回路
    が電源端子間に三回路互いに並列に接続され、前記アー
    ム回路相互の接続点から出力信号端子が取り出された電
    気車用インバータにおいて、前記各相インバータ回路の
    前記電源端子側はそれぞれ互いに接続されて共通の第1
    及び第2の接続点とされ、前記第1の接続点と前記電源
    の正端子間に各相に共通のアノードリアクトルが接続さ
    れ、前記アノードリアクトルに並列に、アノードリアク
    トル用のフリーホイールダイオードと減衰用抵抗との直
    列接続回路が接続され、前記各相インバータ回路の前記
    半導体素子、前記循環用ダイオード及び前記スナバ回路
    のスナバダイオードが冷媒を密封した共通の冷却ユニツ
    トに収容され、前記冷却ユニツトからは、前記第1及び
    第2の接続点の取出端子、前記フリーホイールダイオー
    ドの陰極側の取出端子、及び前記アーム回路相互の接続
    点の取出端子がそれぞれ密封構造のブツシングを介して
    導出されていることを特徴とする電気車用インバータ。
  2. 【請求項2】半導体素子がゲートターンオフサイリスタ
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電
    気車インバータ。
  3. 【請求項3】半導体素子がトランジスタであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の電気車用インバー
    タ。
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DE2426229C3 (de) * 1974-05-29 1979-10-25 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Selbsttragender Träger für die Aufnahme von elektronischen Bauelementen
JPS60121966A (ja) * 1983-12-02 1985-06-29 Mitsubishi Electric Corp インバ−タ回路

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