JPH06335249A - 沸騰冷却型電力変換装置 - Google Patents

沸騰冷却型電力変換装置

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JPH06335249A
JPH06335249A JP5117305A JP11730593A JPH06335249A JP H06335249 A JPH06335249 A JP H06335249A JP 5117305 A JP5117305 A JP 5117305A JP 11730593 A JP11730593 A JP 11730593A JP H06335249 A JPH06335249 A JP H06335249A
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JP
Japan
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snubber
circuit
cooling
gate
gate drive
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Pending
Application number
JP5117305A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Kawakami
孝 川上
Yutaka Kawashima
裕 河島
Shiro Sugimoto
志郎 杉本
Tatsuya Sato
達哉 佐藤
Katsuhiko Iijima
克彦 飯島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮断性能やスイッチング性能の向上を図ると
共に、ゲート駆動回路、スナバ回路の冷媒液中への浸漬
による冷却効果の向上、絶縁耐力向上で装置全体の小型
化やノイズ性を向上する。 【構成】 フロロカーボン等の絶縁性冷媒液を封入した
冷却容器1の中に平型のGTOサイリスタ2及びゲート
駆動回路6を収納と共に、スナバコンデンサ3、スナバ
ダイオード4、スナバ抵抗器5等のスナバ回路を構成す
る主要部品全て収納し、GTOサイリスタ2の電流遮断
時に要求される大きなゲート逆電流上昇率(−dig/dt)
の確保や回路過電圧の減少による遮断やスイッチング能
力の向上を図ったものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は大容量電力用スイッチン
グ素子を使用したインバータや遮断器等の沸騰冷却型電
力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のフロン等絶縁性媒体を用いた沸騰
冷却によるスイッチング用電力素子(GTOサイリスタ
等)を冷却する一相分のインバータ装置は、図6に示す
ように構成されている。
【0003】また、図7は上記図6における一相分イン
バータ装置の回路図を示したものである。上記図6、図
7において、11は冷却容器、12は冷却容器11内に
収納されているG.T.Oサイリスタ(ゲート・ターン
・オフ・サイリスタ)、13はスナバコンデンサ、14
はスナバダイオード、15はスナバ抵抗器、16はGT
Oサイリスタ12を駆動するゲート駆動回路、17は熱
交換器、18はGTOサイリスタ12のゲートとカソー
ドをゲート駆動回路に接続するゲート線、19は導体、
20は端子、Pは直流電源+側端子、Nは直流電源−側
端子、Aは出力端子、G1 ,G2 はGTOサイリスタ1
2のゲート線用同軸端子で、ゲート線18によりゲート
駆動回路16に接続されている。又、スナバ回路21
は、GTOサイリスタ12の各電力素子毎に個別に冷却
容器11の外部端子端子S1 〜S4 を介して取付けられ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】スイッチング用電力素
子の冷却に漬浸式の沸騰冷却を採用したものでは、従
来、電力素子のGTOサイリスタ12とそれを駆動する
ゲート駆動回路16とを結ぶゲート線18の接続はGT
Oサイリスタ12が冷却容器11の中にある為、冷却容
器11にゲート線用同軸端子G1 ,G2 を設け、このG
1 ,G2 の同軸端子を介してGTOサイリスタ12とゲ
ート駆動回路16をゲート線18により接続している。
このためゲート線18が長くなって高インピーダンスと
なり、GTOサイリスタ12の電流遮断時のゲート逆電
流上昇率(−dig/dt)を大きくとれず、GTOサイリス
タ12の遮断能力低下が生ずる他、冷却容器に取付ける
同軸端子が必要など、部品点数の増大やスペース上の問
題がある他、ゲート駆動回路も冷却や絶縁上から大きく
なるなどの問題があった。
【0005】又、ゲート駆動回路16はGTOサイリス
タの様な大電力素子の場合、ゲート駆動電力が大きく、
又高電圧が加わっているので、冷却や絶縁の為のスペー
スが必要となり、装置が大型化していた。
【0006】一方、スナバ回路21に関しても、スナバ
コンデンサ13、スナバダイオード14、スナバ抵抗器
15などがGTOサイリスタ12の電力素子を収納する
冷却容器11の外へ取付けている為、配線インダクタン
スを特に小さくする必要のあるGTOサイリスタ12、
スナバコンデンサ13、スナバダイオード14の配線が
長くなり、電力素子のdv/dt 耐量を越える過電圧を発生
させ、GTOサイリスタ12の遮断性能を低下させるな
どの問題の他、配線から発生するノイズ対策や、スナバ
ダイオード14、スナバ抵抗器15の冷却を工夫する必
要があった。
【0007】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
ゲート駆動回路とスナバ回路を、スイッチング用電力素
子と一緒に同一冷却容器内に収納し、電力素子と同ゲー
ト駆動回路を接続するゲート線及びスナバ回路配線を短
縮化し、遮断性能やスイッチング性能の向上を図ると共
に、ゲート駆動回路、スナバ回路の冷媒液中への浸漬に
よる冷却効果の向上、絶縁耐力向上で装置全体の小型化
やノイズ性向上などを図ったインバータや遮断器等の沸
騰冷却型電力変換装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る沸騰冷却型
電力変換装置は、単体又は複数のスイッチング用電力素
子を冷却容器内に収納して沸騰冷却する電力変換装置に
おいて、上記スイッチング用電力素子を保護するスナバ
回路構成素子及び該スイッチング用電力素子を駆動する
ゲート駆動回路を絶縁性冷媒液を満たした上記冷却容器
内に収納し、上記スナバ回路及びゲート駆動回路の配線
長が短くなるように構成したことを特徴とする。
【0009】
【作用】GTOサイリスタ等の自己消孤型スイッチング
用電力素子と一緒に該当電力素子のゲート駆動回路一
式、スナバ回路一式及び主要部品一式を同じ冷却容器内
に収納することにより、GTOサイリスタの電流遮断時
に要求される大きなゲート逆電流上昇率(−dig/dt)の
確保や回路過電圧の減少による遮断やスイッチング能力
の向上が図れる他、ゲート駆動回路やスナバ回路が、絶
縁性冷媒液中にあることで、絶縁性、冷却性の向上によ
る部品や装置の小型化、低コスト化が図れる。更に外部
へのノイズ放射や、ゲート駆動回路の耐ノイズ性の向上
の他、装置がユニット化できる為、サービス性の向上も
期待できる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1は本発明のゲート駆動回路とスナバ回路と
スイッチング用電力素子と共に同一冷却容器内に収納
し、小型化を図った沸騰冷却型のブレーキ回路付三相イ
ンバータの一実施例の横断面図である。
【0011】図2は図1に示すA−A矢視の正面断面図
である。図3は図1のブレーキ回路付三相インバータの
回路図である。図1に示す様にフロン代替のフロロカー
ボン等の絶縁性冷媒液を封入した冷却容器1の中に平型
のGTOサイリスタ2、ゲート駆動回路6、スナバ回路
に使用するスナバコンデンサ3、スナバダイオード4、
スナバ抵抗器5が収納されている。
【0012】通電すると冷却容器1内に内蔵されている
GTOサイリスタ2、ゲート駆動回路6やスナバ抵抗器
5から発生する熱は冷媒液と気化させるが、この気化し
た冷媒は熱交換器7内で再び液化して冷却容器1に戻
る。
【0013】8はゲート駆動回路6とGTOサイリスタ
2のゲートとカソードを接続するゲート線で、遮断性能
上短い配線が特に必要とする個所、9はスナバ回路のス
ナバコンデンサ3、スナバダイオード4、スナバ抵抗器
5を接続する導体で、図3の回路図中に太線で示す部分
の配線は回路過電圧抑制上から特に短い配線をゲート線
8と同様に必要とする個所である。
【0014】10は電力の入出力端子、101はゲート
駆動回路6と外部にある制御用コンピュータとを接続す
るゲート入力信号用電線及びゲート駆動回路電源用電
線、102は電線101のコネクタ、103はダイオー
ドである。
【0015】又、図3の回路において、PU ,PV ,P
W はそれぞれU相,V相,W相の直流電源正極端子、P
R はブレーキチョッパ直流電源正極端子、Nは直流電源
負極端子、PC はブレーキチョッパ抵抗側端子、PS は
ゲート駆動回路用電源端子、Sgu1 ,Sgu2 ,Sgv1 ,
Sgv2 ,Sgw1 ,Sgw2 は制御用コンピュータからのゲ
ート駆動回路の入力信号端子、P,S,Tはインバータ
の出力端子である。
【0016】上記の様に図1、図2、図3に示した実施
例によれば、ゲート線8やスナバ回路のGTOサイリス
タ2とスナバコンデンサ3、スナバダイオード4間の配
線長を短くできるので、遮断時のゲート逆電流上昇率
(−dig/dt)の向上により遮断性能を向上し得ると共
に、主回路中の過電圧を防止することができる。また、
GTOサイリスタ2、ゲート駆動回路6、スナバコンデ
ンサ3、スナバダイオード4、スナバ抵抗器5等のスナ
バ回路全体を絶縁性の冷媒中に浸漬する結果、冷却性、
絶縁性を向上でき、装置の小型化、低コスト化を図るこ
とができる。
【0017】図4の回路図は、本発明の他の実施例を示
すもので、図1〜図3に示すR,C,D個別スナバ回路
を非対称スナバ回路にした場合の例で、N側のGTOサ
イリスタ2に付属の各相のクランプコンデンサ3′は、
P側GTOサイリスタのスナバコンデンサ3より大きく
する必要があるため、外部にクランプコンデンサCsp追
加した例である。
【0018】又、図5は図1のスナバ抵抗5の代りにス
ナバ回生回路104とした例である。上記図4及び図5
に示した実施例においても、前記実施例と同様の効果を
得ることができる。
【0019】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ス
イッチング用電力素子(GTOサイリスタ等)を収納し
た冷却容器内スナバ回路又は回生回路付スナバ回路を構
成する主要部品全てと、該スイッチング用電力素子を駆
動するゲート駆動回路一式を同一冷却容器内に収納した
ことにより、次に示す効果が得られる。
【0020】(1) スイッチング用電力素子とゲート駆動
回路を接続するゲート線や、スナバ回路を構成するコン
デンサ、ダイオード間の配線を短くでき、主回路過電圧
の抑制や遮断性能の向上が図れる。
【0021】(2) 絶縁性の高い冷媒液中に高圧部品を入
れることにより、空気中より絶縁距離と沿面距離を短縮
でき、かつ冷却性も良く、部品や回路基板の小型化で、
装置全体の小型化、低コスト化が図れる。
【0022】(3) 高圧高電流を高速スイッチングする部
分が金属性冷却容器中にあるので、放射ノイズを小さく
できる。 (4) 制御装置を除く、インバータ回路、ブレーキスイッ
チング主回路、スナバ回路、ゲート駆動回路の全てを冷
却容器内に収納、ユニット化できる為、組立、サービス
の容易化が図れる。 (5) 高圧の電子部品等が直接外気に触れないので、ゴミ
や水滴等による絶縁性低下を防止でき、高い信頼性が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る沸騰冷却型電力変換装
置の横断面図。
【図2】図1のA−A矢視の正面断面図。
【図3】同実施例における回路図。
【図4】冷却容器の外側にスナバコンデンサの一部を設
けた他の実施例を示す回路図。
【図5】回生回路付スナバ回路を持つ更に他の実施例を
示す横断面図。
【図6】従来の沸騰型インバータの構成を示す斜視図。
【図7】図6に示す沸騰型インバータの一相分の回路
図。
【符号の説明】
1 冷却容器 2 GTOサイリスタ 3 スナバコンデンサ 4 スナバダイオード 5 スナバ抵抗器 6 ゲート駆動回路 7 熱交換器 8 ゲート線 9 導体 10 入出力端子 101 電線 102 GTOサイリスタ 103 ダイオード 104 スナバ回生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 達哉 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 飯島 克彦 神奈川県相模原市田名3000番地 エム・エ イチ・アイさがみハイテック株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単体又は複数のスイッチング用電力素子
    を冷却容器内に収納して沸騰冷却する電力変換装置にお
    いて、上記スイッチング用電力素子を保護するスナバ回
    路構成素子及び該スイッチング用電力素子を駆動するゲ
    ート駆動回路を絶縁性冷媒液を満たした上記冷却容器内
    に収納し、上記スナバ回路及びゲート駆動回路の配線長
    が短くなるように構成したことを特徴とする沸騰冷却型
    電力変換装置。
JP5117305A 1993-05-19 1993-05-19 沸騰冷却型電力変換装置 Pending JPH06335249A (ja)

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JP5117305A JPH06335249A (ja) 1993-05-19 1993-05-19 沸騰冷却型電力変換装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011050197A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Hitachi Ltd 電力変換装置
US8659920B2 (en) 2010-12-14 2014-02-25 Denso Corporation Switching device provided with a flowing restriction element
JP2017147881A (ja) * 2016-02-18 2017-08-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 電気機器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011050197A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Hitachi Ltd 電力変換装置
US8659920B2 (en) 2010-12-14 2014-02-25 Denso Corporation Switching device provided with a flowing restriction element
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030401