JP3648071B2

JP3648071B2 - 多重直列インバータ装置

Info

Publication number: JP3648071B2
Application number: JP26173098A
Authority: JP
Inventors: 明加々美; 賢司上谷; 和弘佐藤
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: JP2000092855A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧出力を得る電力変換装置、特に多数のセルユニット化されたインバータ主回路を直列に接続して高電圧出力を得るようにした多重直列インバータ装置に関し、特に、該装置を構成するセルユニットの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から高電圧の電動機を可変速運転することにより省エネルギー化を図るニーズは多く、高電圧電動機を直接駆動できる装置が必要とされていた。そのため、高電圧電動機をインバータ駆動で可変速運転する場合には、主に、低電圧出力のインバータ装置に変圧器を接続して、高電圧出力する方法や、３レベルインバータを用いた方法が用いられていた。しかし、これらの装置を使う場合は、高調波対策を施した高電圧電動機が必要であった。
【０００３】
最近では、高調波対策を避ける方法として、複数の２次巻き線を持つ入力変圧器と複数の単相インバータとを直列接続して、直接高電圧を出力可能な直列多重インバータ装置が開発され、現在では実用化されてきている。
【０００４】
このよう直列多重インバータ装置の構成としては、構造面の容易さから、単相インバータ回路を一つ収納したセルユニットを直列に複数個接続する方法が一般的にとられている。
【０００５】
このような構成によれば、前記セルユニットの直列接続数を変化させることにより、任意の出力電圧が得られるため、入力変圧器と複数のセルユニットの組合せのみで、容易に多くの種類の装置出力容量を確保できるという利点があり、先の高調波対策の問題と相まって、近年、注目されてきている。
【０００６】
図１４〜図１８に、従来の直列多重インバータ装置及び、装置内に収納されるセルユニットを示す。図１４はセルユニットの平面図であり、図１５は同結線図、図１６は同正面図、図１７は同右側面図、図１８は電力変換装置の正面図を示している。
【０００７】
セルユニットの主回路構成は、図１４〜図１８に示すように、入力端子１０１より受電し、整流回路１０２にて直流に順変換し、平滑回路１０３を通り、単相インバータ回路１０４にて逆変換し、第１の出力端子１０６及び第２の出力端子１０５より出力する構成となっている。
【０００８】
また、制御回路は、制御基板１０７にてセルユニットのすべての制御を行い、主回路構成部品を冷却フィン１０８にて冷却する構成となっている。
さらに電力変換装置全体の構成は、図１８に示すように、前記セルユニット２０１と前記セルユニット２０２とを横方向に搭載し、セルユニット２０１の第２の出力端子１０５とセルユニット２０２の第１の出力端子１０６とを導体２０３にて接続し、これを多重接続する構成となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の装置は、個々のセルユニットを多重直列接続する構成となっているため、セルユニットの直列数を変化させることで、任意の出力電圧が得られる。よって、セルユニットの組合せを変化させるのみで、容易に多くの装置出力容量を確保できていた。しかしその反面、セルユニット数が増加する大容量の装置では装置外形が大型となる問題が生じていた。
【００１０】
そのうえ、セルユニット数の増加は部品点数の増加を引き起こすため、装置の製造コストの増加につながり、さらに、部品点数の増加に伴う、品質及び信頼性の低下が問題であった。
【００１１】
本発明の目的は、装置の基本構成である同一構成のセルユニットを複数直列に接続してなる装置構成とした上で、装置サイズの拡大を抑制し、製造コストを抑え、信頼性に優れた、セルユニットを有する多重直列インバータ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、整流回路、平滑回路及びインバータ主回路を接続した単相インバータ回路を収納してなるセルユニットを各相毎に複数個有し、該各相毎に複数個のセルユニットを多重直列に接続して構成される多重直列インバータ装置において、
前記２つの直列接続された単相インバータ回路を、１つのシャーシに収納し、
前記シャーシを接地電位から絶縁させると共に、前記単相インバータ回路のうちで一方の単相インバータ回路の出力と、前記単相インバータ回路のうちで他方の単相インバータ回路の出力とを直列接続する中継点と、前記シャーシとを電気的に接続したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の多重インバータ装置において、前記中継点と前記シャーシとを、前記単相インバータ回路の構成部品を冷却するための冷却フィンを介して電気的に接続したことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の多重インバータ装置において、前記中継点と前記シャーシ及び前記冷却フィンとを、インピーダンスを介して電気的に接続したことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多重インバータ装置において、前記中継点にセルユニットを直列接続に用いる主回路接続端子を更に具備することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の多重インバータ装置において、前記整流回路によって順変換された直流の正極及び負極それぞれにインピーダンスを介して接続された電気的な中性点と、前記単相インバータ回路を制御するための制御回路の基準電位とを、電気的に接続することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の多重インバータ装置において、前記制御回路の基準電位に接続されたカバーを、前記制御回路を構成する基板の周囲に配置したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る多重直列インバータ装置の一実施形態を図面を参照して説明する。図１〜図４に、請求項１に対応する実施形態のセルユニット及び、電力変換装置を示す。
【００２０】
図１〜図３に示すように、セルユニットは、２つの単相インバータ回路を収納している。該セルユニットの構成は、一方の単相インバータ回路の入力端子３０１ａ、整流回路３０２ａ、平滑回路３０３ａ、インバータ回路３０４ａを接続している。また、セルユニットの第１の出力端子３０５ａと、他方の単相インバータ回路の入力端子３０１ｂ、整流回路３０２ｂ、平滑回路３０３ｂ、インバータ回路３０４ｂとを接続している。さらに、セルユニットの第２の出力端子３０６ｂと、一方の単相インバータ回路の出力３０６ａと他方の単相インバータ回路の出力３０５ｂとを直列に接続して構成される。
【００２１】
この構成において、電力変換装置の構成は図４に示すように、セルユニット４０１とセルユニット４０２とを横方向に収納し、セルユニット４０１の第２の出力端子３０６ｂとセルユニット４０２の第１の出力端子３０５ａとを導体４０３にて接続し、これを多重接続する構成となる。
【００２２】
このように構成された本実施形態によれば、装置構成としては従来の装置に比べてセルユニット数が半分になるため、インバータ回路を収納する構造用品数を削減でき組立コストの削減を達成できる。
【００２３】
図５及び図６を参照して、請求項２に対応する実施形態を説明する。図５、６に示すように、一方の単相インバータ回路の出力３０６ａと、他方の単相インバータ回路の出力３０５ｂとを直列に接続している中継点５０１に、セルユニットのシャーシ５０２を電線またはブスバーにて接続する。
【００２４】
さらに、前記シャーシ５０２を接地電位から絶縁させ、個々のセルユニットを、互いに絶縁させる配置とするため、絶縁スペースをセルユニットの外周に設けた構成とする。
【００２５】
このように構成された本実施形態によれば、セルユニットのシャーシの電位を主回路の一点に固定できるため、前記シャーシとセルユニットの主回路との電位差は、整流回路によりつくられた直流電圧の正極と負極の範囲内となる。
【００２６】
このため、前記シャーシと前記主回路間の絶縁距離は、前記直流電圧レベルの空間を確保すればよい。すなわち、セルユニットの出力電圧は単相インバータ回路２個を直列接続して得ており、前述の単相インバータ回路２個直列の中間点にセルユニットのシャーシを電位固定するので、前記絶縁距離は１／２の出力電圧に相当する絶縁距離で良いことになる。
【００２７】
したがって、前述の絶縁距離の縮小によりセルユニットのシャーシを小型化することが可能となり、さらに、セルユニット数の半減により、装置の小型化を達成できる。
【００２８】
図７を参照して、請求項３に対応する実施形態を説明する。図７のセルユニットの結線図に示されるセルユニットにおいて、前記中継点５０１と前記シャーシ５０２とを、整流回路及びインバータ回路を構成している用品を冷却するために設置されている冷却フィン６０１を介して、電線又はブスバーで電気的に接続した構成とする。
【００２９】
このような構成の本実施形態によれば、前記中継点５０１と前記冷却フィンとは近接された配置であり、前記中継点５０１と前記シャーシとを電線またはブスバーよりなる配線で最短接続することが可能となるため、整流回路及びインバータ回路の用品を接続している導体と前記配線とが、作業バラツキにより互いに接触することを回避することが可能となり、装置の品質が向上し信頼性を確保できる。
【００３０】
図８を参照して、請求項４に対応する実施形態を説明する。図８のセルユニットの結線図に示される、図５，６及び図７に示されるセルユニットにおいて、前記中継点５０１とセルユニットのシャーシ５０２とを、インピーダンス７０１を介して電気的に接続した構成とする。
【００３１】
このような構成の本実施形態によれば、主回路充電部の一部とセルユニットのシャーシの一部が短絡した場合においても、装置全体の主回路としては、インピーダンスを介して接続された構成となっているため、短絡電流が流れることを防止できるため、装置の信頼性を確保できる。
【００３２】
図９及び図１０を参照して、請求項５に対応する実施形態を説明する。図９及び図１０では、先に図示し且つ説明したセルユニットにおいて、第３の出力端子８０１を具備し、前記中継点５０１と前記出力端子８０１とを接続し、一方のインバータ回路８０２の出力のみを、セルユニットの出力として得られる構成とする。
【００３３】
このような構成の本実施形態によれば、セルユニットの第３の出力端子を用いて他のセルユニットに接続すれば、セルユニットの出力として一方のインバータ回路のみの出力を得られるため、セルユニットの直列数が奇数の出力となる電力変換装置の構成に対応できる。
【００３４】
このため、１種類のセルユニット及びセルユニットを収納する筐体を組み合わせて使用することにより、あらゆる出力の電力変換装置を構成でき、さらに、セルユニットの予備品についても、２直列の単相インバータ回路を収納したセルユニットを１つ用意すれば、２直列の単相インバータ回路と１直列の単相インバータ回路の両方で使用できるため、装置の製造コスト及び予備品のコストを削減できる。
【００３５】
図１１を参照して、請求項６に対応する実施形態を説明する。図１１では、先に図示し且つ説明したセルユニットにおいて、前記整流回路により得られる直流の正極９０１と負極９０２の間にインピーダンス９０３及び９０４を介して接続された中性点９０５と、前記単相インバータ回路を制御するための制御回路９０６の基準電位９０７とを、電気的に接続した構成とする。
【００３６】
このような構成の本実施形態によれば、制御回路の基準電位は、直流中性点に電位固定されるので、電位変動を少なくできるため、制御回路の動作を安定化でき、装置の信頼性を向上させられる。
【００３７】
図１２及び図１３を参照して、請求項７に対応する実施形態を説明する。図１２及び図１３では、先に図示し且つ説明したセルユニットにおいて、前記制御回路９０６の基準電位９０７に接続されたカバー１００１を、前記制御回路９０６を構成する基板１００２の周囲に配置した構成とする。
【００３８】
このような構成の本実施形態によれば、電位変動の少ない直流中性点に電位固定されたシールドカバーにより、外部からのノイズを遮蔽できるため、制御基板の動作を安定化でき、装置の信頼性を向上させられる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、直列接続された２つの単相インバータ主回路をセルユニットに収納することにより、セルユニット数を削減できるため、電力変換装置のサイズを小型化可能となると同時に、部品点数削減による組立コストの軽減、及び、信頼性の向上を達成できる。さらに、単相インバータ回路が奇数直列の場合についても、同一構成のセルユニットのみで対応できるため、あらゆる電力変換装置を構成可能なセルユニットを有する多重直列インバータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる多重直列インバータ装置の一実施形態におけるセルユニットの平面図。
【図２】図１に示すセルユニットの結線図。
【図３】図１に示すセルユニットの正面図。
【図４】図１に示すセルユニットの装置実装図。
【図５】本発明にかかる多重直列インバータ装置の他の実施形態におけるセルユニットの平面図。
【図６】図５に示すセルユニットの結線図。
【図７】本発明にかかる多重直列インバータ装置の他の実施形態におけるセルユニットの平面図。
【図８】図７に示すセルユニットの結線図。
【図９】本発明にかかる多重直列インバータ装置の他の実施形態におけるセルユニットの平面図。
【図１０】図１０に示すセルユニットの結線図。
【図１１】本発明にかかる多重直列インバータ装置の他の実施形態におけるセルユニットの平面図。
【図１２】図１１に示すセルユニットの制御回路部の平面図。
【図１３】図１１に示すセルユニットの右側面図。
【図１４】従来の多重直列インバータ装置のセルユニットの結線図。
【図１５】図１４に示すセルユニットの正面図。
【図１６】図１４に示すセルユニットにおける制御回路部の平面図。
【図１７】図１４に示すセルユニットの右側面図。
【図１８】図１４に示すセルユニットの装置実装図。
【符号の説明】
３０１ａ …入力端子
３０２ａ …整流回路
３０３ａ …平滑回路
３０４ａ …インバータ回路
３０５ａ …出力端子
３０６ａ …出力端子
３０１ｂ …入力端子
３０２ｂ …整流回路
３０３ｂ …平滑回路
３０４ｂ …インバータ回路
３０５ｂ …出力端子
３０６ｂ …出力端子
４０１ …セルユニット
４０２ …セルユニット
４０３ …セルユニット接続導体
５０１ …中継点
５０２ …セルユニットのシャーシ
６０１ …インピーダンス
７０１ …冷却フィン
８０１ …出力端子
８０２ …一方の単相インバータ回路
９０１ …直流の正極
９０２ …直流の負極
９０３ …インピーダンス
９０４ …インピーダンス
９０５ …中性点
９０６ …制御回路
９０７ …制御回路の基準電位
１００１ …カバー
１００２ …制御基板

Claims

整流回路、平滑回路及びインバータ主回路を接続した単相インバータ回路を収納してなるセルユニットを各相毎に複数個有し、該各相毎に複数個のセルユニットを多重直列に接続して構成される多重直列インバータ装置において、
前記２つの直列接続された単相インバータ回路を、１つのシャーシに収納し、
前記シャーシを接地電位から絶縁させると共に、前記単相インバータ回路のうちで一方の単相インバータ回路の出力と、前記単相インバータ回路のうちで他方の単相インバータ回路の出力とを直列接続する中継点と、前記シャーシとを電気的に接続したことを特徴とする多重直列インバータ装置。
前記中継点と前記シャーシとを、前記単相インバータ回路の構成部品を冷却するための冷却フィンを介して電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載の多重直列インバータ装置。
前記中継点と前記シャーシ及び前記冷却フィンとを、インピーダンスを介して電気的に接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の多重直列インバータ装置。
前記中継点にセルユニットを直列接続に用いる主回路接続端子を更に具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多重直列インバータ装置。
前記整流回路によって順変換された直流の正極及び負極それぞれにインピーダンスを介して接続された電気的な中性点と、前記単相インバータ回路を制御するための制御回路の基準電位とを、電気的に接続することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の多重直列インバータ装置。
前記制御回路の基準電位に接続されたカバーを、前記制御回路を構成する基板の周囲に配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多重直列インバータ装置。