JPH05168238A - 水冷式半導体電力変換装置 - Google Patents
水冷式半導体電力変換装置Info
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- JPH05168238A JPH05168238A JP33234391A JP33234391A JPH05168238A JP H05168238 A JPH05168238 A JP H05168238A JP 33234391 A JP33234391 A JP 33234391A JP 33234391 A JP33234391 A JP 33234391A JP H05168238 A JPH05168238 A JP H05168238A
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- water cooled
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- cooling system
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、水冷式ヒートシンクによって冷却
される半導体素子に直列接続される水冷式リアクトル
と、半導体素子に並列接続される水冷式抵抗器とコンデ
ンサの直列回路からなる分圧回路を備えた水冷式半導体
電力変換装置において、いかなる運転状態においても水
冷機器を過負荷から保護することを目的とする。 【構成】 水冷式ヒートシンクによって冷却される半導
体素子に直列接続される水冷式リアクトルと、半導体素
子に並列接続される水冷式抵抗器とコンデンサの直列回
路からなる分圧回路を備えた水冷式半導体電力変換装置
において、水冷式ヒートシンクと水冷式リアクトルに通
水する冷却系統と、水冷式抵抗器に通水する冷却系統に
分け、各々の冷却系統の出口側に冷却水の温度を測定す
るセンサを独立して設けたことを特徴とした水冷式半導
体電力変換装置。
される半導体素子に直列接続される水冷式リアクトル
と、半導体素子に並列接続される水冷式抵抗器とコンデ
ンサの直列回路からなる分圧回路を備えた水冷式半導体
電力変換装置において、いかなる運転状態においても水
冷機器を過負荷から保護することを目的とする。 【構成】 水冷式ヒートシンクによって冷却される半導
体素子に直列接続される水冷式リアクトルと、半導体素
子に並列接続される水冷式抵抗器とコンデンサの直列回
路からなる分圧回路を備えた水冷式半導体電力変換装置
において、水冷式ヒートシンクと水冷式リアクトルに通
水する冷却系統と、水冷式抵抗器に通水する冷却系統に
分け、各々の冷却系統の出口側に冷却水の温度を測定す
るセンサを独立して設けたことを特徴とした水冷式半導
体電力変換装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直流送電等に使用する
水冷式半導体電力変換装置に関する。
水冷式半導体電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、直流送電等に用いられる水冷式
半導体電力変換装置は、三相ブリッジ結線或いは三相ブ
リッジを複数個カスケード接続して構成される。以下説
明の都合上半導体素子としてサイリスタを例にとり説明
する。
半導体電力変換装置は、三相ブリッジ結線或いは三相ブ
リッジを複数個カスケード接続して構成される。以下説
明の都合上半導体素子としてサイリスタを例にとり説明
する。
【0003】図2はサイリスタで構成された電力変換装
置の1アーム分の主回路構成図を示す。図2では、サイ
リスタ1A,1B,1Cの3個を直列接続した例である
が、主回路電圧に応じてサイリスタの直列数は決定され
る。サイリスタの直列数が例えば10個以上と多い場
合、適切な個数のサイリスタを1単位として構成し、こ
れをサイリスタモジュールと呼称する。このサイリスタ
モジュールを必要数直列接続して所定のアームを構成す
ることが一般に行われる。従って、図2の主回路は1ア
ーム分であることもあるし、又、1サイリスタモジュー
ルであることもある。各サイリスタ1A,1B,1Cと
並列に水冷式抵抗器2A,2B,2Cとコンデンサ3
A,3B,3Cを直列接続した分圧回路を接続してい
る。又、サイリスタと直列に水冷式リアクトル4を接続
している。
置の1アーム分の主回路構成図を示す。図2では、サイ
リスタ1A,1B,1Cの3個を直列接続した例である
が、主回路電圧に応じてサイリスタの直列数は決定され
る。サイリスタの直列数が例えば10個以上と多い場
合、適切な個数のサイリスタを1単位として構成し、こ
れをサイリスタモジュールと呼称する。このサイリスタ
モジュールを必要数直列接続して所定のアームを構成す
ることが一般に行われる。従って、図2の主回路は1ア
ーム分であることもあるし、又、1サイリスタモジュー
ルであることもある。各サイリスタ1A,1B,1Cと
並列に水冷式抵抗器2A,2B,2Cとコンデンサ3
A,3B,3Cを直列接続した分圧回路を接続してい
る。又、サイリスタと直列に水冷式リアクトル4を接続
している。
【0004】図2において強制冷却を必要とするもの
は、各サイリスタ1A,1B,1Cと各水冷式抵抗器2
A,2B,2C及び水冷式リアクトル4である。コンデ
ンサ3やその他図示していない付属回路は、電力損失が
少ないため強制冷却は必要としない。
は、各サイリスタ1A,1B,1Cと各水冷式抵抗器2
A,2B,2C及び水冷式リアクトル4である。コンデ
ンサ3やその他図示していない付属回路は、電力損失が
少ないため強制冷却は必要としない。
【0005】図2の構成における従来の冷却水配管及び
温度保護の一例を図3を用いて説明する。図3におい
て、図2と同一の記号のものは同一構成要素を示してい
る。図3における冷却水の流れを以下に説明する。
温度保護の一例を図3を用いて説明する。図3におい
て、図2と同一の記号のものは同一構成要素を示してい
る。図3における冷却水の流れを以下に説明する。
【0006】入水側母配管5から、サイリスタモジュー
ル内入水母管6へと冷却水が流入する。サイリスタモジ
ュールが複数台ある場合は、一般には入水側母配管5か
ら並列に所定数のサイリスタモジュール内入水母管6が
分岐していく。サイリスタモジュール内に入った冷却水
は、まずサイリスタ用水冷式ヒートシンク7D,7C,
7B,7Aに入って各サイリスタ1C,1B,1Aを冷
却する。最初にサイリスタを冷却するのは最も温度に敏
感な特性をサイリスタが有するためである。各サイリス
タ用水冷式ヒートシンク7A〜7Dは、部品間接続配管
8により直列接続されており、冷却水は7D,7C,7
B,7Aの順に通過した後、水冷式リアクトル4を冷却
し、その後サイリスタ1A,1B,1Cと同様に水冷式
抵抗器2A,2B,2Cを直列に冷却した後、サイリス
タモジュール内出水母管9を経て、外部へと出ていく。
サイリスタモジュールを冷却した冷却水は出水側母配管
10にもどり、図示していない冷却装置により冷却され
た後再び入水側母配管5に戻ってくる。サイリスタモジ
ュールが複数個ある場合は、入水側と同様に各サイリス
タモジュール出水母管9が並列に出水側母配管10に入
っていく。
ル内入水母管6へと冷却水が流入する。サイリスタモジ
ュールが複数台ある場合は、一般には入水側母配管5か
ら並列に所定数のサイリスタモジュール内入水母管6が
分岐していく。サイリスタモジュール内に入った冷却水
は、まずサイリスタ用水冷式ヒートシンク7D,7C,
7B,7Aに入って各サイリスタ1C,1B,1Aを冷
却する。最初にサイリスタを冷却するのは最も温度に敏
感な特性をサイリスタが有するためである。各サイリス
タ用水冷式ヒートシンク7A〜7Dは、部品間接続配管
8により直列接続されており、冷却水は7D,7C,7
B,7Aの順に通過した後、水冷式リアクトル4を冷却
し、その後サイリスタ1A,1B,1Cと同様に水冷式
抵抗器2A,2B,2Cを直列に冷却した後、サイリス
タモジュール内出水母管9を経て、外部へと出ていく。
サイリスタモジュールを冷却した冷却水は出水側母配管
10にもどり、図示していない冷却装置により冷却され
た後再び入水側母配管5に戻ってくる。サイリスタモジ
ュールが複数個ある場合は、入水側と同様に各サイリス
タモジュール出水母管9が並列に出水側母配管10に入
っていく。
【0007】図示していない冷却装置が異常になって冷
却水温が異常に上昇したり、或いは図示していない制御
装置の異常により過負荷運転となった場合に、各部品が
過熱により故障することを防止するため出水側母配管1
0に温度センサ11を設け、この温度センサ11の出力
が所定値以上となると装置を停止する等の保護をかけい
てる。
却水温が異常に上昇したり、或いは図示していない制御
装置の異常により過負荷運転となった場合に、各部品が
過熱により故障することを防止するため出水側母配管1
0に温度センサ11を設け、この温度センサ11の出力
が所定値以上となると装置を停止する等の保護をかけい
てる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来の水冷式サ
イリスタ変換装置には以下に示すような不具合がある。
即ち、三相ブリッジ結線の電力変換装置における1アー
ムの電力損失は、電流ロス(直流電流に依存し、サイリ
スタやリアクトルによって生じるロス)と、電圧ロス
(交流入力電圧及び制御角に依存し、分圧回路用抵抗器
によって生じるロス)に分類でき、電流ロスと電圧ロス
は各々独立して増減する。従って温度センサ11の保護
をかける設定温度(以下設定温度T26) は、次式のよう
にして、各要素の最大値を見込んで決定する。 T26=TIM+ΔTTHM +ΔTALM +ΔTRM+TM ……(1) ここでTIM :冷却水最高温度 ΔTTHM :サイリスタによる冷却水温度上昇最大値 ΔTALM :リアクトルによる冷却水温度上昇最大値 ΔTRM :水冷式抵抗器による冷却水温度上昇最大値 TM :センサの誤差等を見込んだマージン
イリスタ変換装置には以下に示すような不具合がある。
即ち、三相ブリッジ結線の電力変換装置における1アー
ムの電力損失は、電流ロス(直流電流に依存し、サイリ
スタやリアクトルによって生じるロス)と、電圧ロス
(交流入力電圧及び制御角に依存し、分圧回路用抵抗器
によって生じるロス)に分類でき、電流ロスと電圧ロス
は各々独立して増減する。従って温度センサ11の保護
をかける設定温度(以下設定温度T26) は、次式のよう
にして、各要素の最大値を見込んで決定する。 T26=TIM+ΔTTHM +ΔTALM +ΔTRM+TM ……(1) ここでTIM :冷却水最高温度 ΔTTHM :サイリスタによる冷却水温度上昇最大値 ΔTALM :リアクトルによる冷却水温度上昇最大値 ΔTRM :水冷式抵抗器による冷却水温度上昇最大値 TM :センサの誤差等を見込んだマージン
【0009】ところが、実際の運転では例えば直流電流
が定格の10%という運転があり得る。この時のサイリ
スタ及びリアクトルによる冷却水温度上昇を各々ΔTTH
´,ΔTAL´とすると、冷却水出口温度をT26まで上昇
させるための水冷式抵抗器による温度上昇ΔTR は次式
のようになる。 ΔTR ≧T26−TIM−ΔTTH−ΔTAL−TM ……(2)
が定格の10%という運転があり得る。この時のサイリ
スタ及びリアクトルによる冷却水温度上昇を各々ΔTTH
´,ΔTAL´とすると、冷却水出口温度をT26まで上昇
させるための水冷式抵抗器による温度上昇ΔTR は次式
のようになる。 ΔTR ≧T26−TIM−ΔTTH−ΔTAL−TM ……(2)
【0010】ここで(ΔTTHM +ΔTALM )>>(ΔT
TH+ΔTAL)のため、ΔTR >ΔTRMとなる。即ち、直
流電流が定格の10%というような状況では、水冷式抵
抗器による温度上昇が、設計上予想される最大値(ΔT
RM)よりも高くならないと温度センサ11による保護が
動作しないことになる。以上は電流ロスが小さい状況に
おける不具合につき説明したが、電圧ロスが小さい場合
も同様な不具合が起きることは明らかである。
TH+ΔTAL)のため、ΔTR >ΔTRMとなる。即ち、直
流電流が定格の10%というような状況では、水冷式抵
抗器による温度上昇が、設計上予想される最大値(ΔT
RM)よりも高くならないと温度センサ11による保護が
動作しないことになる。以上は電流ロスが小さい状況に
おける不具合につき説明したが、電圧ロスが小さい場合
も同様な不具合が起きることは明らかである。
【0011】本発明はかかる従来の水冷式半導体電力変
換装置における不具合を解消するためになされたもので
あって、いかなる運転状態においても全ての水冷却部品
が過負荷状態になったことを検出する手段を備え、信頼
性の高い水冷式半導体電力変換装置を提供することを目
的とする。
換装置における不具合を解消するためになされたもので
あって、いかなる運転状態においても全ての水冷却部品
が過負荷状態になったことを検出する手段を備え、信頼
性の高い水冷式半導体電力変換装置を提供することを目
的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明では、電流ロスに
かかわる部品(サイリスタ1A,1B,1C、リアクト
ル4)を冷却する冷却系統と、電圧ロスにかかわる部品
(水冷式抵抗器2A,2B,2C)を冷却する冷却系統
を独立させ、各々の冷却系統の出口に独立に温度センサ
11A,11Bを設けたものである。
かかわる部品(サイリスタ1A,1B,1C、リアクト
ル4)を冷却する冷却系統と、電圧ロスにかかわる部品
(水冷式抵抗器2A,2B,2C)を冷却する冷却系統
を独立させ、各々の冷却系統の出口に独立に温度センサ
11A,11Bを設けたものである。
【0013】
【作用】ここで、2つの温度センサ11A,11Bの設
定値は次のように決定する。 T26I =TIM+ΔTTHM +ΔTALM +TM ……(3) T26V =TIM+ΔTRM+TM ……(4) ここでT26I :電流ロスにかかわる部品の冷却系統の温
度センサ設定値 T26V :電圧ロスにかかわる部品の冷却系統の温度セン
サ設定値
定値は次のように決定する。 T26I =TIM+ΔTTHM +ΔTALM +TM ……(3) T26V =TIM+ΔTRM+TM ……(4) ここでT26I :電流ロスにかかわる部品の冷却系統の温
度センサ設定値 T26V :電圧ロスにかかわる部品の冷却系統の温度セン
サ設定値
【0014】かかる設定では、電流ロスと電圧ロスが独
立に検出されるため、お互いに干渉することなく、保護
がかけられるため、いかなる運転状態においても全ての
水冷部品を過負荷より保護することが可能となる。
立に検出されるため、お互いに干渉することなく、保護
がかけられるため、いかなる運転状態においても全ての
水冷部品を過負荷より保護することが可能となる。
【0015】
【実施例】以下本発明の一実施例を図1を参照して説明
する。図1において図2と同一記号のものは同一構成要
素を示し、その説明は省略する。
する。図1において図2と同一記号のものは同一構成要
素を示し、その説明は省略する。
【0016】図1において、冷却水の流れは以下のよう
になる。入水側母配管5からサイリスタモジュール内入
水母管12を経て、サイリスタ用水冷式ヒートシンク7
D,7C,7B,7A及びリアクトル4へ向う系統と、
水冷式抵抗器2C,2B,2Aへ向う系統に分れる。前
者は電流ロスにかかわる部品を冷却する系統で、リアク
トル4を冷却後はサイリスタモジュール内出水母管9A
及び出水側母管10Aを経て外部へと出ていく。又、出
水側母管10Aには電流ロス冷却系統用温度センサ11
Aが設置されている。
になる。入水側母配管5からサイリスタモジュール内入
水母管12を経て、サイリスタ用水冷式ヒートシンク7
D,7C,7B,7A及びリアクトル4へ向う系統と、
水冷式抵抗器2C,2B,2Aへ向う系統に分れる。前
者は電流ロスにかかわる部品を冷却する系統で、リアク
トル4を冷却後はサイリスタモジュール内出水母管9A
及び出水側母管10Aを経て外部へと出ていく。又、出
水側母管10Aには電流ロス冷却系統用温度センサ11
Aが設置されている。
【0017】一方、後者の系統は、水冷式抵抗器2Aを
出た後、サイリスタモジュール内出水母管9B及び出水
側母管10Bを経て外部へと出ていく。又、出水側母管
10Bには電圧ロス冷却系統用温度センサ11Bが設置
されている。サイリスタモジュールが複数台ある場合
は、従来例と同様に各サイリスタモジュールの入出水母
管に各々並列に接続される。
出た後、サイリスタモジュール内出水母管9B及び出水
側母管10Bを経て外部へと出ていく。又、出水側母管
10Bには電圧ロス冷却系統用温度センサ11Bが設置
されている。サイリスタモジュールが複数台ある場合
は、従来例と同様に各サイリスタモジュールの入出水母
管に各々並列に接続される。
【0018】例えば、直流電流が定格の10%での運転
を考える。電流ロスは定格時の1/10以下になるの
で、電流ロス冷却系統の冷却水温の上昇は小さい。この
状態で例えば電力変換装置の制御装置が異常になって、
制御遅れ角が正常時よりも大きな運転を継続する等の理
由により電圧ロスが異常に増加すると、電圧ロス冷却系
統内の冷却水温が通常時よりも高くなるため、電圧ロス
冷却系統用温度センサ11Bにより異常を検出すること
ができる。これによりサイリスタ変換装置の運転を停止
すれば水冷式抵抗器2A,2B,2Cの過負荷による損
傷を未然に防止することができる。 直流電流の増加に
よる電流ロスのみの増加も同様にして適切に検出し、保
護することができる。
を考える。電流ロスは定格時の1/10以下になるの
で、電流ロス冷却系統の冷却水温の上昇は小さい。この
状態で例えば電力変換装置の制御装置が異常になって、
制御遅れ角が正常時よりも大きな運転を継続する等の理
由により電圧ロスが異常に増加すると、電圧ロス冷却系
統内の冷却水温が通常時よりも高くなるため、電圧ロス
冷却系統用温度センサ11Bにより異常を検出すること
ができる。これによりサイリスタ変換装置の運転を停止
すれば水冷式抵抗器2A,2B,2Cの過負荷による損
傷を未然に防止することができる。 直流電流の増加に
よる電流ロスのみの増加も同様にして適切に検出し、保
護することができる。
【0019】以上の説明では、電流ロスの冷却系統とし
てサイリスタとリアクトルを直列にしているが、これら
を分離した冷却系統とし、最終的に出口の所で分離した
2つの系統が合流した後に電流ロス冷却系統用温度セン
サ11Aを設置することでも本発明の効果が得られるこ
とは明らかである。又、他の部品についても一旦冷却系
統を分離した後に再度出口側で合流させ、合流後に温度
センサを設置することで本発明の効果が得られる。
てサイリスタとリアクトルを直列にしているが、これら
を分離した冷却系統とし、最終的に出口の所で分離した
2つの系統が合流した後に電流ロス冷却系統用温度セン
サ11Aを設置することでも本発明の効果が得られるこ
とは明らかである。又、他の部品についても一旦冷却系
統を分離した後に再度出口側で合流させ、合流後に温度
センサを設置することで本発明の効果が得られる。
【0020】
【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、い
かなる運転状態においても全ての水冷却部品が過負荷状
態になったことを検出し適切な保護を行うことができる
信頼性の高い水冷式半導体電力変換装置を得ることがで
きる。
かなる運転状態においても全ての水冷却部品が過負荷状
態になったことを検出し適切な保護を行うことができる
信頼性の高い水冷式半導体電力変換装置を得ることがで
きる。
【図1】本発明の水冷式半導体電力変換装置の一実施例
を示す構成図。
を示す構成図。
【図2】半導体電力変換装置の1アーム分を示す主回路
結線図。
結線図。
【図3】従来の水冷式半導体電力変換装置の構成図。
1A,1B,1C …サイリスタ 2A,2B,2C …水冷式抵抗器 3A,3B,3C …コンデンサ 4 …水冷式リアクトル 5 …入水側母配管 6 …サイリスタモジュール内入水
母管 7A,7B,7C,7D…サイリスタ用ヒートシンク 8 …部品間接続配管 9A,9B …サイリスタモジュール内出水
母管 10A,10B …出水側母配管 11A, …電流ロス冷却系統用温度セン
サ 11A, …電圧ロス冷却系統用温度セン
サ 12 …サイリスタモジュール内入水
母管
母管 7A,7B,7C,7D…サイリスタ用ヒートシンク 8 …部品間接続配管 9A,9B …サイリスタモジュール内出水
母管 10A,10B …出水側母配管 11A, …電流ロス冷却系統用温度セン
サ 11A, …電圧ロス冷却系統用温度セン
サ 12 …サイリスタモジュール内入水
母管
Claims (1)
- 【請求項1】 水冷式ヒートシンクによって冷却さ
れる半導体素子に直列接続される水冷式リアクトルと、
前記半導体素子に並列接続される水冷式抵抗器とコンデ
ンサの直列回路からなる分圧回路を備えた半導体モジュ
ールで構成される水冷式半導体電力変換装置において、
前記水冷式ヒートシンクと水冷式リアクトルに通水する
冷却系統と、前記水冷式抵抗器に通水する冷却系統に分
け、各々の冷却系統の出口側に冷却水の温度を測定する
センサを独立して設けたことを特徴とした水冷式半導体
電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33234391A JPH05168238A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | 水冷式半導体電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33234391A JPH05168238A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | 水冷式半導体電力変換装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05168238A true JPH05168238A (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=18253905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33234391A Pending JPH05168238A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | 水冷式半導体電力変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05168238A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000017927A1 (en) * | 1998-09-18 | 2000-03-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor power converter and application device of the same |
AT408160B (de) * | 1999-03-17 | 2001-09-25 | Vaillant Gmbh | Kühleinrichtung eines brennstoffzellenstapels und dessen wechselrichter |
JP2007229806A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Esab Group Inc | プラズマアークトーチの冷却装置およびシステムならびに関連する方法 |
JP2008206321A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 電力変換装置 |
JP2011024363A (ja) * | 2009-07-17 | 2011-02-03 | Toyota Motor Corp | 電源システム |
CN104392986A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-03-04 | 许继电气股份有限公司 | 一种晶闸管换流阀组件 |
TWI505055B (zh) * | 2011-07-22 | 2015-10-21 | Murata Machinery Ltd | Moving body system and moving body transition control method |
-
1991
- 1991-12-17 JP JP33234391A patent/JPH05168238A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104392986B (zh) * | 2014-10-21 | 2017-07-07 | 许继电气股份有限公司 | 一种晶闸管换流阀组件 |
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