JP6736286B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
図1は、電気車に搭載される電力変換装置100の構成の一例を示す概略図である。電気車は、例えば、鉄道等の線路上を電力で走行する車両である。電力変換装置100は、架線13からパンタグラフ12を介して交流電力を受け、該交流電力を三相交流電力に変換して、該三相交流電力を電動機(例えば、三相交流モータ)11に供給する。
例えば、まず、第2スイッチング素子Q2が継続的にオン状態であり、第4スイッチング素子Q4がオフ状態であるときに、第1スイッチング素子Q1および第3スイッチング素子Q3が相補的かつ交互にスイッチング動作する。即ち、第1スイッチング素子Q1がオン状態とオフ状態とを繰り返し、第3スイッチング素子Q3が第1スイッチング素子Q1とは逆にオフ状態とオン状態とを繰り返す。第1スイッチング素子Q1がオン状態であり、第3スイッチング素子Q3がオフ状態のときに、U相配線は、正極配線Pに接続され正電圧を受ける。第3スイッチング素子Q3がオン状態であり、第1スイッチング素子Q1がオフ状態のときに、U相配線は、第1および第2クランプ素子CD1、CD2を介して中性点配線Cに接続され中間電圧(正電圧と負電圧との間の電圧)を受ける。
次に、第3スイッチング素子Q3が継続的にオン状態であり、第1スイッチング素子Q1がオフ状態であるときに、第2スイッチング素子Q2および第4スイッチング素子Q4が相補的かつ交互にスイッチング動作する。即ち、第2スイッチング素子Q2がオン状態とオフ状態とを繰り返し、第4スイッチング素子Q4が第2スイッチング素子Q2とは逆にオフ状態とオン状態とを繰り返す。第2スイッチング素子Q2がオン状態であり、第4スイッチング素子Q4がオフ状態のときに、U相配線は、第1および第2クランプ素子CD1、CD2を介して中性点配線Cに接続され中間電圧(正電圧と負電圧との間の電圧)を受ける。第4スイッチング素子Q4がオン状態であり、第2スイッチング素子Q2がオフ状態のときに、U相配線は、負極配線Nに接続され負電圧を受ける。
Claims (10)
- 電気車の負荷に供給する電力を生成する電力変換装置であって、
第1交流電力を直流電力へ変換するコンバータと、
前記直流電力を第2交流電力へ変換するインバータとを備え、
前記コンバータは、前記第1交流電力の第1相配線と前記直流電力の配線との間に接続された第1スイッチング部と、前記第1交流電力の第2相配線と前記直流電力の配線との間に接続された第2スイッチング部とを備え、
前記第1および第2スイッチング部は、前記電気車の進行方向に対して略垂直方向に並ぶように配置され、
前記インバータは、前記直流電力の配線と前記第2交流電力の第1相配線との間に接続された第3スイッチング部と、前記直流電力の配線と前記第2交流電力の第2相配線との間に接続された第4スイッチング部と、前記直流電力の配線と前記第2交流電力の第3相配線との間に接続された第5スイッチング部とを備え、
前記第3〜第5スイッチング部は、前記電気車の進行方向に対して略垂直方向に並ぶように配置され、かつ、前記第1および第2スイッチング部に対して前記電気車の進行方向に並ぶように配置されており、
前記第1および第2スイッチング部のそれぞれは、前記直流電力の配線のうち正極配線と負極配線との間に直列接続された第1〜第4コンバータスイッチング素子を備え、
前記第1スイッチング部の前記第1および第2コンバータスイッチング素子は、前記第1交流電力の前記第1相配線と前記正極配線との間に直列に接続され、前記第1スイッチング部の前記第3および第4コンバータスイッチング素子は、前記負極配線と前記第1交流電力の前記第1相配線との間に直列に接続され、
前記第2スイッチング部の前記第1および第2コンバータスイッチング素子は、前記第1交流電力の前記第2相配線と前記正極配線との間に直列に接続され、前記第2スイッチング部の前記第3および第4コンバータスイッチング素子は、前記負極配線と前記第1交流電力の前記第2相配線との間に直列に接続され、
前記第1および第2コンバータスイッチング素子は、前記電気車の進行方向に並ぶように配置され、前記第3および第4コンバータスイッチング素子は、前記電気車の進行方向に並ぶように配置され、
前記第3〜第5スイッチング部のそれぞれは、前記正極配線と前記負極配線との間に直列接続された第1〜第4インバータスイッチング素子を備え、
前記第3スイッチング部の前記第1および第2インバータスイッチング素子は、前記正極配線と前記第2交流電力の前記第1相配線との間に直列に接続され、前記第3スイッチング部の前記第3および第4インバータスイッチング素子は、前記第2交流電力の前記第1相配線と前記負極配線との間に直列に接続され、
前記第4スイッチング部の前記第1および第2インバータスイッチング素子は、前記正極配線と前記第2交流電力の前記第2相配線との間に直列に接続され、前記第4スイッチング部の前記第3および第4インバータスイッチング素子は、前記第2交流電力の前記第2相配線と前記負極配線との間に直列に接続され、
前記第5スイッチング部の前記第1および第2インバータスイッチング素子は、前記正極配線と前記第2交流電力の前記第3相配線との間に直列に接続され、前記第5スイッチング部の前記第3および第4インバータスイッチング素子は、前記第2交流電力の前記第3相配線と前記負極配線との間に直列に接続され、
前記第1および第4インバータスイッチング素子は、前記電気車の進行方向に並ぶように配置され、前記第2および第3インバータスイッチング素子は、前記電気車の進行方向に並ぶように配置されており、
さらに、前記第1および第2スイッチング部のそれぞれは、
前記第1コンバータスイッチング素子と前記第2コンバータスイッチング素子との間のノードと前記直流電力の中性点との間に接続された第1コンバータクランプ素子と、
前記第3コンバータスイッチング素子と前記第4コンバータスイッチング素子との間のノードと前記直流電力の中性点との間に接続された第2コンバータクランプ素子と、を備え、
前記第1コンバータクランプ素子は、前記第1コンバータスイッチング素子と前記第4コンバータスイッチング素子との間に配置され、前記第2コンバータクランプ素子は、前記第2コンバータスイッチング素子と前記第3コンバータスイッチング素子との間に配置され、
前記第3〜第5スイッチング部のそれぞれは、
前記第1インバータスイッチング素子と前記第2インバータスイッチング素子との間のノードと前記直流電力の中性点との間に接続された第1インバータクランプ素子と、
前記第3インバータスイッチング素子と前記第4インバータスイッチング素子との間のノードと前記直流電力の中性点との間に接続された第2インバータクランプ素子と、を備え、
前記第1インバータクランプ素子は、前記第1インバータスイッチング素子と前記第4インバータスイッチング素子との間に配置され、前記第2インバータクランプ素子は、前記第2インバータスイッチング素子と前記第3インバータスイッチング素子との間に配置されており、
前記第1および第2スイッチング部のそれぞれにおいて、前記第1〜第4コンバータスイッチング素子および前記第1および第2コンバータクランプ素子は、前記電気車の進行方向に対して略垂直方向に2行、かつ、前記電気車の進行方向に3列に配列されており、 前記第3〜第5スイッチング部のそれぞれにおいて、前記第1〜第4インバータスイッチング素子および前記第1および第2インバータクランプ素子は、前記電気車の進行方向に対して略垂直方向に3行、かつ、前記電気車の進行方向に2列に配列されている、電力変換装置。 - 前記電気車の進行方向に対して略垂直方向における前記第1および第2スイッチング部の幅の合計は、前記電気車の進行方向に対して略垂直方向における前記第3〜第5スイッチング部の幅の合計にほぼ等しい、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1および第2スイッチング部の前記第1および第2コンバータスイッチング素子は、前記第3〜第5スイッチング部のいずれかの前記第1および第4インバータスイッチング素子または前記第2および第3インバータスイッチング素子と前記電気車の進行方向に並ぶように配置される、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1および第2スイッチング部の前記第1および第2コンバータスイッチング素子は、前記第3〜第5スイッチング部のいずれかの前記第1および第4インバータスイッチング素子、および、前記第1インバータクランプ素子と前記電気車の進行方向に並ぶように配置され、あるいは、前記第3〜第5スイッチング部のいずれかの前記第2および第3インバータスイッチング素子、および、前記第2インバータクランプ素子と前記電気車の進行方向に並ぶように配置される、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1スイッチング部における前記第1および第2コンバータスイッチング素子の列は、前記第3スイッチング部における前記第1インバータスイッチング素子、前記第1インバータクランプ素子および前記第4インバータスイッチング素子の列に対して、前記電気車の進行方向に略直線状に並び第1列をなす、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1および第2スイッチング部と前記第3〜第5スイッチング部とで共通化された放熱フィンをさらに備えた請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1列に対応して設けられ、該列と同じ方向に延伸する放熱フィンをさらに備えた、請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記第1列に対応して設けられ、該列と同じ方向に延伸する均熱パイプと、
前記均熱パイプ内に設けられた冷媒とをさらに備えた、請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記第1〜第4コンバータスイッチング素子、前記第1〜第4インバータスイッチング素子は、それぞれソースとドレインとの間に接続されたSiCダイオードをさらに備えた、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第2コンバータスイッチング素子がオン状態であり、かつ、前記第4コンバータスイッチング素子がオフ状態であるときに、前記第1コンバータスイッチング素子と前記第3コンバータスイッチング素子とが相補的かつ交互にスイッチング動作し、
前記第3コンバータスイッチング素子がオン状態であり、かつ、前記第1コンバータスイッチング素子がオフ状態であるときに、前記第2コンバータスイッチング素子と前記第4コンバータスイッチングトランジスタとが相補的かつ交互にスイッチング動作し、
前記第2インバータスイッチング素子がオン状態であり、かつ、前記第4インバータスイッチング素子がオフ状態であるときに、前記第1インバータスイッチング素子と前記第3インバータスイッチング素子とが相補的かつ交互にスイッチング動作し、
前記第3インバータスイッチング素子がオン状態であり、かつ、前記第1インバータスイッチング素子がオフ状態であるときに、前記第2インバータスイッチング素子と前記第4インバータスイッチングトランジスタとが相補的かつ交互にスイッチング動作する、請求項1に記載の電力変換装置。
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