３レベル電力変換装置
【課題】コンパクト化、低コスト化を実現する素子配列構成を備えた電力変換ユニットを用いた３レベル電力変換装置を提供する。
【解決手段】３レベルコンバータ１２と、３レベルインバータ１３を具備すると共に、３レベルコンバータ１２の１相分の圧接型半導体素子と３レベルインバータ１３の１相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット３台から構成する。電力変換ユニット８ＲＵは、主回路スイッチング素子で構成される串型スタック８ＲＵ１と、フライホイールダイオードで構成される串型スタック８ＲＵ２と、クランプダイオードとスナバダイオードで構成される串型スタック８ＲＵ３とを備える。串型スタック８ＲＵ１及び８ＲＵ２は、中央部に共通のＮ電位極、両端部に各々Ｐ電位極を配置し、中央部と両端部の中間電極の一方が３レベルコンバータ１２の１相分の交流入力、他方が３レベルインバータ１３の１相分の交流出力となるようにする。
【解決手段】３レベルコンバータ１２と、３レベルインバータ１３を具備すると共に、３レベルコンバータ１２の１相分の圧接型半導体素子と３レベルインバータ１３の１相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット３台から構成する。電力変換ユニット８ＲＵは、主回路スイッチング素子で構成される串型スタック８ＲＵ１と、フライホイールダイオードで構成される串型スタック８ＲＵ２と、クランプダイオードとスナバダイオードで構成される串型スタック８ＲＵ３とを備える。串型スタック８ＲＵ１及び８ＲＵ２は、中央部に共通のＮ電位極、両端部に各々Ｐ電位極を配置し、中央部と両端部の中間電極の一方が３レベルコンバータ１２の１相分の交流入力、他方が３レベルインバータ１３の１相分の交流出力となるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流を直流に変換し、その直流を再び交流に変換する３レベル電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流を入力して直流に変換し、その直流を再び交流に変換し出力させるような従来の電力変換装置においては、通常は３相の交流入力を直流に変換させるコンバータ側のユニットとその直流を再び交流に変換させるインバータ側のユニットを独立させて搭載している。
【０００３】
一般的に、このような電力変換装置は、入力交流３相に対して各々を直流に変換する３台のコンバータ側の電力変換ユニットと、変換された直流を３相の出力交流に変換させる３台のインバータ側の電力変換ユニットの合計６台の電力変換ユニットで構成される。
【０００４】
上記に対し、コンバータ側の１相分の電力変換ユニットと、インバータ側の１相分の電力変換ユニットを一体化して新たな電力変換ユニットとし、このような電力変換ユニット３台でコンバータ及びインバータから成る電力変換装置を構成する提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９１２５９号公報（第６−７頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には２レベルの電力変換装置において、コンバータ側の１相分の電力変換ユニットと、インバータ側の１相分の電力変換ユニットを一体化して電力変換ユニットを構成し、素子短絡故障検出を各相でバランスさせる技術について開示されているが、３レベル電力変換装置については記載されていない。また各々の電力変換ユニットの内部の素子配列構成についての開示もない。昨今の装置の大型化に伴い、コンパクト化、低コスト化を目指して３レベル電力変換装置の電力変換ユニットの内部の素子配列構成を工夫することは重要な課題である。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、コンパクト化、低コスト化を実現する素子配列構成を備えた電力変換ユニットを用いた３レベル電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明３レベル電力変換装置は、交流をＰ、Ｃ及びＮの３レベル電位の直流に変換する３レベルコンバータと、その直流を交流に変換する３レベルインバータを具備すると共に、前記３レベルコンバータの１相分の圧接型半導体素子と前記３レベルインバータの１相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット３台から構成される３レベル電力変換装置であって、前記電力変換ユニットは、主回路スイッチング素子で構成される第１の串型スタックと、フライホイールダイオードで構成される第２の串型スタックと、クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第３の串型スタックとを具備し、前記第１の串型スタック及び第２の串型スタックは、中央部に共通のＮ電位極、両端部に各々Ｐ電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記３レベルコンバータの１相分の交流入力、他方が前記３レベルインバータの１相分の交流出力になるようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、コンパクト化、低コスト化を実現する素子配列構成を備えた電力変換ユニットを用いた３レベル電力変換装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の対象となる３レベル電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図。
【図３】本発明の３レベル電力変換装置の概略構造図。
【図４】本発明の実施例２に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施例１に係る３レベル電力変換装置を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の対象となる３レベル電力変換装置の回路構成図である。
【００１３】
図１において、図示しない電力系統から変圧器１１を介して３レベルコンバータ１２に交流電圧が供給されている。３レベルコンバータ１２で交流電圧を３レベルの直流電圧に変換して３レベルインバータ１３に供給する。そして３レベルインバータ１３は３相の交流電圧を出力し、交流電動機１４を駆動する。尚、ここで直流電圧を平滑するコンデンサを３レベルコンバータ１２内及び３レベルインバータ１４内に分散して配置しているが、これらは直流リンク部に集中して配置しても良い。
【００１４】
以下、３レベルコンバータ１２及び３レベルインバータ１３の内部構成を説明する。
【００１５】
３レベルコンバータ１２はＲ相、Ｓ相及びＴ相の３相の各々を構成するスイッチングレグの並列回路から成っている。各々のスイッチングレグの構成は同一であるので、Ｒ相のスイッチングレグの構成について以下説明する。
【００１６】
Ｒ相スイッチングレグの基本となる回路はスイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３及び１Ｒ４で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３及び１Ｒ４には夫々逆並列にフライホイールダイオード２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３及び２Ｒ４が接続されている。スイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２は正側アームを構成し、スイッチング素子１Ｒ３、１Ｒ４は負側アームを構成している。そして２つのアームの中間点即ちスイッチング素子１Ｒ２と１Ｒ３の接続点に変圧器１１のＲ相の２次出力が交流入力として接続されている。
【００１７】
スイッチング素子１Ｒ１の正極はヒューズ６Ｒ１を介して直流コンデンサ７Ｒ１の正極に接続されている。スイッチング素子１Ｒ４の負極はヒューズ６Ｒ２を介して直流コンデンサ７Ｒ２の負極に接続されている。直流コンデンサ７Ｒ１と直流コンデンサ７Ｒ２は直列接続され、互いの接続点は中性点を形成している。そしてこの中性点から正側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｒ１と１Ｒ２の接続点に向けて、正側のクランプダイオード３Ｒ１が接続されている。同様に負側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｒ３と１Ｒ４の接続点から中性点に向けて、負側のクランプダイオード３Ｒ２が接続されている。
【００１８】
また、スイッチング素子１Ｒ１の正極と負極間には、サージ電圧吸収用の正側のスナバダイオード４Ｒ１とスナバコンデンサ５Ｒ１が接続されており、スイッチング素子１Ｒ４の負極と正極間には、サージ電圧吸収用の負側のスナバダイオード４Ｒ２とスナバコンデンサ５Ｒ２が接続されている。これらはスナバ回路を形成しているが、Ｓ相及びＴ相についてはその図示を省略している。
【００１９】
次に３レベルインバータ１３の主回路構成を説明する。３レベルインバータ１３Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相を各々を構成するスイッチングレグの並列回路から成っている。各々のスイッチングレグの構成は同一であるので、Ｕ相のスイッチングレグの構成について以下説明する。
【００２０】
Ｕ相スイッチングレグの基本となる回路はスイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３及び１Ｕ４で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３及び１Ｕ４には夫々逆並列にフライホイールダイオード２Ｕ１、２Ｕ２、２Ｕ３及び２Ｕ４が接続されている。スイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２は正側アームを構成し、スイッチング素子１Ｕ３、１Ｕ４は負側アームを構成している。そして２つのアームの中間点即ちスイッチング素子１Ｕ２と１Ｕ３の接続点からＵ相の交流出力が得られ交流電動機１５のＵ相端子に接続されている。
【００２１】
スイッチング素子１Ｕ１の正極はヒューズ６Ｕ１を介して直流コンデンサ７Ｕ１の正極に接続されている。スイッチング素子１Ｕ４の負極はヒューズ６Ｕ２を介して直流コンデンサ７Ｕ２の負極に接続されている。直流コンデンサ７Ｕ１と直流コンデンサ７Ｕ２は直列接続され、互いの接続点は中性点を形成している。直流コンデンサ７Ｕ１には３レベルコンバータ回路１３からの正側直流出力が、また直流コンデンサ７Ｕ２には３レベルコンバータ回路１３からの負側直流出力が供給される。そしてこの中性点から正側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｕ１と１Ｕ２の接続点に向けて、正側のクランプダイオード３Ｕ１が接続されている。同様に負側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｕ３と１Ｕ４の接続点から中性点に向けて、負側のクランプダイオード３Ｕ２が接続されている。
【００２２】
また、スイッチング素子１Ｕ１の正極と負極間には、サージ電圧吸収用の正側のスナバダイオード４Ｕ１とスナバコンデンサ５Ｕ１が接続されており、スイッチング素子１Ｕ４の負極と正極間には、サージ電圧吸収用の負側のスナバダイオード４Ｕ２とスナバコンデンサ５Ｕ２が接続されている。これらはスナバ回路を形成しているが、Ｖ相及びＷ相についてはその図示を省略している。
【００２３】
以上説明した３レベルコンバータ１２及び３レベルインバータ１３のスイッチング素子には夫々図示しないコンバータ制御回路及びインバータ制御回路から適切なゲートパルスが供給される。通常の力行運転モードにおいては、３レベルコンバータ１２は所望のＰ、Ｃ及びＮの３レベルの電位の直流出力を得るように制御され、また３レベルインバータ１３は、３レベルの直流入力を所望の３レベルの３相交流出力に変換して交流電動機１４を駆動するように制御される。尚、回生運転モードでは上記と逆の制御になる。
【００２４】
図２は本発明の実施例１に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図である。
【００２５】
この電力変換ユニット８ＰＵは、図１におけるコンバータ１２のＲ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｒとインバータ１３のＵ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｕとで構成されている。尚、何れの半導体素子も圧接型半導体素子とする。
【００２６】
図２に示すように電力変換ユニット８ＰＵは、串型スタック８ＲＵ１、８ＲＵ２及び８ＲＵ３の３本より構成されている。中段に図示した第１の串型スタック８ＲＵ１は、Ｒ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｒのうち、スイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３及び１Ｒ４を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、Ｕ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｕのうち、スイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３及び１Ｕ４を右端から中央部に向けて順に配列している。このように第１の串型スタック８ＲＵ１は８個のスイッチング素子で構成され、左端部の電極は、スイッチング素子１Ｒ１のアノードすなわちＰ電位の電極となる。同様に、右端部の電極も、スイッチング素子１Ｕ１のアノードすなわちＰ電位の電極となる。そして中央部の電極は、スイッチング素子１Ｒ４のカソード及びスイッチング素子１Ｕ４のカソードとなるので、共通のＮ電位の電極となる。
【００２７】
上段に図示した第２の串型スタック８ＲＵ２は、Ｒ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｒのうち、フライホイールダイオード２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３及び２Ｒ４を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、Ｕ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｕのうち、フライホイールダイオード２Ｕ１、２Ｕ２、２Ｕ３及び２Ｕ４を右端から中央部に向けて順に配列している。このように第２の串型スタック８ＲＵ２は８個のフライホイールダイオードで構成され、左端部の電極は、フライホイールダイオード２Ｒ１のアノードすなわちＰ電位の電極となる。同様に、右端部の電極も、フライホイールダイオード２Ｕ１のアノードすなわちＰ電位の電極となる。そして中央部の電極は、フライホイールダイオード２Ｒ４のカソード及びフライホイールダイオード２Ｕ４のカソードとなるので、共通のＮ電位の電極となる。このように配列することによって、第２の串型スタック８ＲＵ２の電極の配列は第１の串型スタック８ＲＵ１の電極の配列と全く同一となるので、図示したように互いに隣り合う電極同士を導体によって容易に接続することが可能となる。
【００２８】
下段に図示した第３の串型スタック８ＲＵ３は、Ｒ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｒのうち、スナバダイオード４Ｒ１、クランプダイオード３Ｒ１、３Ｒ２及びスナバダイオード４Ｒ２を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、Ｕ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｕのうち、スナバダイオード４Ｕ１、クランプダイオード３Ｕ１、３Ｕ２及びスナバダイオード４Ｕ２右端から中央部に向けて順に配列している。このように第３の串型スタック８ＲＵ３は４個のクランプダイオードと４個のスナバダイオードで構成される。左端部の電極は、スナバダイオード４Ｒ１のアノードすなわちＰ電位の電極となるので、図示したように第１の串型スタック８ＲＵ１の左端のＰ電極と接続する。スナバダイオード４Ｒ１のカソード電極にはスナバコンデンサ５Ｒ１が接続されるが、この第３の串型スタック８ＲＵ３はスナバコンデンサを含まないので絶縁物９１によってカソード電極は浮かせておく。同様に、右端部の電極も、スナバダイオード４Ｕ１のアノードすなわちＰ電位の電極となるので、図示したように第１の串型スタック８ＲＵ１の右端のＰ電極と接続する。スナバダイオード４Ｕ１のカソード電極にはスナバコンデンサ５Ｕ１が接続されるが、この第３の串型スタック８ＲＵ３はスナバコンデンサを含まないので絶縁物９２によってカソード電極は浮かせておく。中央部の電極は第１及び第２の串型スタック８ＲＵ１、８ＲＵ２に合わせ、共通のＮ電位の電極とし、図示したように第１の串型スタック８ＲＵ１の中央部のＮ電位極と接続する。この第３の串型スタック８ＲＵ３の中央部のＮ電位極の左側にはスナバダイオード４Ｒ２を配置し、右側にはスナバダイオード４Ｕ２を配置する。何れもカソードが中央のＮ電極となるようにし、前述した理由により各々のアノード電極は夫々絶縁物９３、９４によって浮かせておく。
【００２９】
串型スタック８ＲＵ３の左端から２番目、３番目の半導体素子としては夫々クランプダイオード３Ｒ１、３Ｒ２を配置する。クランプダイオード３Ｒ１のカソード電極は、第１の串型スタック８ＲＵ１の左端のスイッチング素子１Ｒ１のカソード電極に接続する。クランプダイオード３Ｒ１のアノード電極はクランプダイオード３Ｒ２のカソード電極と共用され、この電極はＣ電位の端子となる。クランプダイオード３Ｒ２のアノード電極は、第１の串型スタック８ＲＵ１の左端から３番目のスイッチング素子１Ｒ３のカソード電極に接続する。同様に、右端から２番目、３番目の半導体素子としては夫々クランプダイオード３Ｕ１、３Ｕ２を配置する。クランプダイオード３Ｕ１のカソード電極は、第１の串型スタック８ＲＵ１の右端のスイッチング素子１Ｕ１のカソード電極に接続する。クランプダイオード３Ｕ１のアノード電極はクランプダイオード３Ｕ２のカソード電極と共用され、この電極はＣ電位の端子となる。クランプダイオード３Ｕ２のアノード電極は、第１の串型スタック８ＲＵ１の右端から３番目のスイッチング素子１Ｕ３のカソード電極に接続する。
【００３０】
以上の構成によって電力変換ユニット８ＰＵは、半導体素子間の接続導体の配線距離を短縮し、絶縁物の個数を最小限に抑えた半導体素子の配置を実現している。そして、各々の串型スタックには長手方向に一括して圧力が加えられる。
【００３１】
図３に示すのは、本発明の３レベル電力変換装置の概略構造図である。３レベル電力変換装置は基本的に３台の電力変換ユニット８ＰＵ、８ＳＶ及び８ＴＷから構成され、電力変換ユニット８ＰＵ、８ＳＶ及び８ＴＷのコンバータ１２側のＡＣ端子がＡＣ入力となり、電力変換ユニット８ＰＵ、８ＳＶ及び８ＴＷのインバータ１３側のＡＣ端子がＡＣ出力となる。電力変換ユニット８ＰＵ８、ＳＶ及び８ＴＷのお互いの配線、他の部品を含む配線は、図１に示した回路構成図に従って行われるが、図３においてはこれらの図示を省略している。
【００３２】
尚、図３は、３レベル電力変換装置が３台の電力変換ユニット８ＰＵ、８ＳＶ及び８ＴＷから構成される例を図示したが、電力変換ユニット２台を並列接続するなど、電力変換ユニット数を４台以上で構成するようにしても良い。
【実施例２】
【００３３】
図４は本発明の実施例２に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図である。この実施例２の各部について、図２の本発明の実施例１に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、全ての串形スタックにおいて、Ｐ電位極とＮ電位極の配置を入れ替える構成とした点である。
【００３４】
Ｐ電位極とＮ電位極の配置を入れ替える構成とは、例えば串型スタック８ＲＵ１の場合で言えば、串形状の左端をＮ電極とし、左端から中央部に向かってスイッチング素子１Ｒ４、１Ｒ３、１Ｒ２、１Ｒ１の順に配置すると共に、右端もＮ電極とし、右端から中央部に向かってスイッチング素子１Ｕ４、１Ｕ３、１Ｕ２、１Ｕ１の順に配置する。このとき、中央部の電極は共通のＰ電極となる。串型スタック８ＲＵ２及び串型スタック８ＲＵ３についても、左端から中央部、右端から中央部への半導体素子の配列の順序を実施例１の場合とは逆にする。
【００３５】
以上の実施例２の構成によっても、電力変換ユニット８ＰＵは、半導体素子間の接続導体の配線距離を短縮し、絶縁物Ｉの個数を最小限に抑えた半導体素子の配置を実現することができる。
【００３６】
以上本発明の実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３７】
例えば、３レベル電力変換装置のスナバ回路は、図１で示した回路に限らず、スナバダイオードを更に多く用いる回路などが各種提案されている。この場合には第３の串型スタックをスナバ回路のスナバダイオードの構成に応じて適切に変更することによってコンパクトな電力変換ユニットを実現できる。
【００３８】
また、図２、図４における電力変換ユニットは、半導体素子のみで構成したが、Ｃ電位端子の配線を含める構成としても良く、またスナバコンデンサ等の部品を一体に実装する構成としても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１１ 変圧器
１２ ３レベルコンバータ
１２Ｒ、スイッチングレグの半導体素子部分
１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３、１Ｒ４、１Ｓ１、１Ｓ２、１Ｓ３、１Ｓ４、１Ｔ１、１Ｔ２、１Ｔ３、１Ｔ４ スイッチング素子
２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３、２Ｒ４、２Ｓ１、２Ｓ２、２Ｓ３、２Ｓ４、２Ｔ１、２Ｔ２、２Ｔ３、２Ｔ４ フライホイールダイオード
３Ｒ１、３Ｒ２、３Ｓ１、３Ｓ２、３Ｔ１、３Ｔ２ クランプダイオード
４Ｒ１、４Ｒ２、４Ｓ１、４Ｓ２、４Ｔ１、４Ｔ２ スナバダイオード
５Ｒ１、５Ｒ２、５Ｓ１、５Ｓ２、５Ｔ１、５Ｔ２ スナバコンデンサ
６Ｒ１、６Ｒ２、６Ｓ１、６Ｓ２、６Ｔ１、６Ｔ２ ヒューズ
７Ｒ１、７Ｒ２、７Ｓ１、７Ｓ２、７Ｔ１、７Ｔ２ 直流コンデンサ
１３ ３レベルインバータ
１３Ｕ スイッチングレグの半導体素子部分
１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３、１Ｕ４、１Ｖ１、１Ｖ２、１Ｖ３、１Ｖ４、１Ｗ１、１Ｗ２、１Ｗ３、１Ｗ４ スイッチング素子
２Ｕ１、２Ｕ２、２Ｕ３、２Ｕ４、２Ｖ１、２Ｖ２、２Ｖ３、２Ｖ４、２Ｗ１、２Ｗ２、２Ｗ３、２Ｗ４ フライホイールダイオード
３Ｕ１、３Ｕ２、３Ｖ１、３Ｖ２、３Ｗ１、３Ｗ２ クランプダイオード
４Ｕ１、４Ｕ２、４Ｖ１、４Ｖ２、４Ｗ１、４Ｗ２ スナバダイオード
５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｖ１、５Ｖ２、５Ｗ１、５Ｗ２ スナバコンデンサ
６Ｕ１、６Ｕ２、６Ｖ１、６Ｖ２、６Ｗ１、６Ｗ２ ヒューズ
７Ｕ１、７Ｕ２、７Ｖ１、７Ｖ２、７Ｗ１、７Ｗ２ 直流コンデンサ
１４ 交流電動機
８ＲＵ、８ＳＶ、８ＴＷ 電力変換ユニット
８ＲＵ１、８ＲＵ２、８ＲＵ３ 串型スタック
９１、９２、９３、９４ 絶縁物
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流を直流に変換し、その直流を再び交流に変換する３レベル電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流を入力して直流に変換し、その直流を再び交流に変換し出力させるような従来の電力変換装置においては、通常は３相の交流入力を直流に変換させるコンバータ側のユニットとその直流を再び交流に変換させるインバータ側のユニットを独立させて搭載している。
【０００３】
一般的に、このような電力変換装置は、入力交流３相に対して各々を直流に変換する３台のコンバータ側の電力変換ユニットと、変換された直流を３相の出力交流に変換させる３台のインバータ側の電力変換ユニットの合計６台の電力変換ユニットで構成される。
【０００４】
上記に対し、コンバータ側の１相分の電力変換ユニットと、インバータ側の１相分の電力変換ユニットを一体化して新たな電力変換ユニットとし、このような電力変換ユニット３台でコンバータ及びインバータから成る電力変換装置を構成する提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９１２５９号公報（第６−７頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には２レベルの電力変換装置において、コンバータ側の１相分の電力変換ユニットと、インバータ側の１相分の電力変換ユニットを一体化して電力変換ユニットを構成し、素子短絡故障検出を各相でバランスさせる技術について開示されているが、３レベル電力変換装置については記載されていない。また各々の電力変換ユニットの内部の素子配列構成についての開示もない。昨今の装置の大型化に伴い、コンパクト化、低コスト化を目指して３レベル電力変換装置の電力変換ユニットの内部の素子配列構成を工夫することは重要な課題である。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、コンパクト化、低コスト化を実現する素子配列構成を備えた電力変換ユニットを用いた３レベル電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明３レベル電力変換装置は、交流をＰ、Ｃ及びＮの３レベル電位の直流に変換する３レベルコンバータと、その直流を交流に変換する３レベルインバータを具備すると共に、前記３レベルコンバータの１相分の圧接型半導体素子と前記３レベルインバータの１相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット３台から構成される３レベル電力変換装置であって、前記電力変換ユニットは、主回路スイッチング素子で構成される第１の串型スタックと、フライホイールダイオードで構成される第２の串型スタックと、クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第３の串型スタックとを具備し、前記第１の串型スタック及び第２の串型スタックは、中央部に共通のＮ電位極、両端部に各々Ｐ電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記３レベルコンバータの１相分の交流入力、他方が前記３レベルインバータの１相分の交流出力になるようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、コンパクト化、低コスト化を実現する素子配列構成を備えた電力変換ユニットを用いた３レベル電力変換装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の対象となる３レベル電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図。
【図３】本発明の３レベル電力変換装置の概略構造図。
【図４】本発明の実施例２に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の実施例１に係る３レベル電力変換装置を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の対象となる３レベル電力変換装置の回路構成図である。
【００１３】
図１において、図示しない電力系統から変圧器１１を介して３レベルコンバータ１２に交流電圧が供給されている。３レベルコンバータ１２で交流電圧を３レベルの直流電圧に変換して３レベルインバータ１３に供給する。そして３レベルインバータ１３は３相の交流電圧を出力し、交流電動機１４を駆動する。尚、ここで直流電圧を平滑するコンデンサを３レベルコンバータ１２内及び３レベルインバータ１４内に分散して配置しているが、これらは直流リンク部に集中して配置しても良い。
【００１４】
以下、３レベルコンバータ１２及び３レベルインバータ１３の内部構成を説明する。
【００１５】
３レベルコンバータ１２はＲ相、Ｓ相及びＴ相の３相の各々を構成するスイッチングレグの並列回路から成っている。各々のスイッチングレグの構成は同一であるので、Ｒ相のスイッチングレグの構成について以下説明する。
【００１６】
Ｒ相スイッチングレグの基本となる回路はスイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３及び１Ｒ４で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３及び１Ｒ４には夫々逆並列にフライホイールダイオード２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３及び２Ｒ４が接続されている。スイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２は正側アームを構成し、スイッチング素子１Ｒ３、１Ｒ４は負側アームを構成している。そして２つのアームの中間点即ちスイッチング素子１Ｒ２と１Ｒ３の接続点に変圧器１１のＲ相の２次出力が交流入力として接続されている。
【００１７】
スイッチング素子１Ｒ１の正極はヒューズ６Ｒ１を介して直流コンデンサ７Ｒ１の正極に接続されている。スイッチング素子１Ｒ４の負極はヒューズ６Ｒ２を介して直流コンデンサ７Ｒ２の負極に接続されている。直流コンデンサ７Ｒ１と直流コンデンサ７Ｒ２は直列接続され、互いの接続点は中性点を形成している。そしてこの中性点から正側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｒ１と１Ｒ２の接続点に向けて、正側のクランプダイオード３Ｒ１が接続されている。同様に負側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｒ３と１Ｒ４の接続点から中性点に向けて、負側のクランプダイオード３Ｒ２が接続されている。
【００１８】
また、スイッチング素子１Ｒ１の正極と負極間には、サージ電圧吸収用の正側のスナバダイオード４Ｒ１とスナバコンデンサ５Ｒ１が接続されており、スイッチング素子１Ｒ４の負極と正極間には、サージ電圧吸収用の負側のスナバダイオード４Ｒ２とスナバコンデンサ５Ｒ２が接続されている。これらはスナバ回路を形成しているが、Ｓ相及びＴ相についてはその図示を省略している。
【００１９】
次に３レベルインバータ１３の主回路構成を説明する。３レベルインバータ１３Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相を各々を構成するスイッチングレグの並列回路から成っている。各々のスイッチングレグの構成は同一であるので、Ｕ相のスイッチングレグの構成について以下説明する。
【００２０】
Ｕ相スイッチングレグの基本となる回路はスイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３及び１Ｕ４で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３及び１Ｕ４には夫々逆並列にフライホイールダイオード２Ｕ１、２Ｕ２、２Ｕ３及び２Ｕ４が接続されている。スイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２は正側アームを構成し、スイッチング素子１Ｕ３、１Ｕ４は負側アームを構成している。そして２つのアームの中間点即ちスイッチング素子１Ｕ２と１Ｕ３の接続点からＵ相の交流出力が得られ交流電動機１５のＵ相端子に接続されている。
【００２１】
スイッチング素子１Ｕ１の正極はヒューズ６Ｕ１を介して直流コンデンサ７Ｕ１の正極に接続されている。スイッチング素子１Ｕ４の負極はヒューズ６Ｕ２を介して直流コンデンサ７Ｕ２の負極に接続されている。直流コンデンサ７Ｕ１と直流コンデンサ７Ｕ２は直列接続され、互いの接続点は中性点を形成している。直流コンデンサ７Ｕ１には３レベルコンバータ回路１３からの正側直流出力が、また直流コンデンサ７Ｕ２には３レベルコンバータ回路１３からの負側直流出力が供給される。そしてこの中性点から正側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｕ１と１Ｕ２の接続点に向けて、正側のクランプダイオード３Ｕ１が接続されている。同様に負側アームの中点即ちスイッチング素子１Ｕ３と１Ｕ４の接続点から中性点に向けて、負側のクランプダイオード３Ｕ２が接続されている。
【００２２】
また、スイッチング素子１Ｕ１の正極と負極間には、サージ電圧吸収用の正側のスナバダイオード４Ｕ１とスナバコンデンサ５Ｕ１が接続されており、スイッチング素子１Ｕ４の負極と正極間には、サージ電圧吸収用の負側のスナバダイオード４Ｕ２とスナバコンデンサ５Ｕ２が接続されている。これらはスナバ回路を形成しているが、Ｖ相及びＷ相についてはその図示を省略している。
【００２３】
以上説明した３レベルコンバータ１２及び３レベルインバータ１３のスイッチング素子には夫々図示しないコンバータ制御回路及びインバータ制御回路から適切なゲートパルスが供給される。通常の力行運転モードにおいては、３レベルコンバータ１２は所望のＰ、Ｃ及びＮの３レベルの電位の直流出力を得るように制御され、また３レベルインバータ１３は、３レベルの直流入力を所望の３レベルの３相交流出力に変換して交流電動機１４を駆動するように制御される。尚、回生運転モードでは上記と逆の制御になる。
【００２４】
図２は本発明の実施例１に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図である。
【００２５】
この電力変換ユニット８ＰＵは、図１におけるコンバータ１２のＲ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｒとインバータ１３のＵ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｕとで構成されている。尚、何れの半導体素子も圧接型半導体素子とする。
【００２６】
図２に示すように電力変換ユニット８ＰＵは、串型スタック８ＲＵ１、８ＲＵ２及び８ＲＵ３の３本より構成されている。中段に図示した第１の串型スタック８ＲＵ１は、Ｒ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｒのうち、スイッチング素子１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３及び１Ｒ４を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、Ｕ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｕのうち、スイッチング素子１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３及び１Ｕ４を右端から中央部に向けて順に配列している。このように第１の串型スタック８ＲＵ１は８個のスイッチング素子で構成され、左端部の電極は、スイッチング素子１Ｒ１のアノードすなわちＰ電位の電極となる。同様に、右端部の電極も、スイッチング素子１Ｕ１のアノードすなわちＰ電位の電極となる。そして中央部の電極は、スイッチング素子１Ｒ４のカソード及びスイッチング素子１Ｕ４のカソードとなるので、共通のＮ電位の電極となる。
【００２７】
上段に図示した第２の串型スタック８ＲＵ２は、Ｒ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｒのうち、フライホイールダイオード２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３及び２Ｒ４を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、Ｕ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｕのうち、フライホイールダイオード２Ｕ１、２Ｕ２、２Ｕ３及び２Ｕ４を右端から中央部に向けて順に配列している。このように第２の串型スタック８ＲＵ２は８個のフライホイールダイオードで構成され、左端部の電極は、フライホイールダイオード２Ｒ１のアノードすなわちＰ電位の電極となる。同様に、右端部の電極も、フライホイールダイオード２Ｕ１のアノードすなわちＰ電位の電極となる。そして中央部の電極は、フライホイールダイオード２Ｒ４のカソード及びフライホイールダイオード２Ｕ４のカソードとなるので、共通のＮ電位の電極となる。このように配列することによって、第２の串型スタック８ＲＵ２の電極の配列は第１の串型スタック８ＲＵ１の電極の配列と全く同一となるので、図示したように互いに隣り合う電極同士を導体によって容易に接続することが可能となる。
【００２８】
下段に図示した第３の串型スタック８ＲＵ３は、Ｒ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｒのうち、スナバダイオード４Ｒ１、クランプダイオード３Ｒ１、３Ｒ２及びスナバダイオード４Ｒ２を左端から中央部に向けて順に配列している。そして、Ｕ相のスイッチングレグの半導体素子部分１２Ｕのうち、スナバダイオード４Ｕ１、クランプダイオード３Ｕ１、３Ｕ２及びスナバダイオード４Ｕ２右端から中央部に向けて順に配列している。このように第３の串型スタック８ＲＵ３は４個のクランプダイオードと４個のスナバダイオードで構成される。左端部の電極は、スナバダイオード４Ｒ１のアノードすなわちＰ電位の電極となるので、図示したように第１の串型スタック８ＲＵ１の左端のＰ電極と接続する。スナバダイオード４Ｒ１のカソード電極にはスナバコンデンサ５Ｒ１が接続されるが、この第３の串型スタック８ＲＵ３はスナバコンデンサを含まないので絶縁物９１によってカソード電極は浮かせておく。同様に、右端部の電極も、スナバダイオード４Ｕ１のアノードすなわちＰ電位の電極となるので、図示したように第１の串型スタック８ＲＵ１の右端のＰ電極と接続する。スナバダイオード４Ｕ１のカソード電極にはスナバコンデンサ５Ｕ１が接続されるが、この第３の串型スタック８ＲＵ３はスナバコンデンサを含まないので絶縁物９２によってカソード電極は浮かせておく。中央部の電極は第１及び第２の串型スタック８ＲＵ１、８ＲＵ２に合わせ、共通のＮ電位の電極とし、図示したように第１の串型スタック８ＲＵ１の中央部のＮ電位極と接続する。この第３の串型スタック８ＲＵ３の中央部のＮ電位極の左側にはスナバダイオード４Ｒ２を配置し、右側にはスナバダイオード４Ｕ２を配置する。何れもカソードが中央のＮ電極となるようにし、前述した理由により各々のアノード電極は夫々絶縁物９３、９４によって浮かせておく。
【００２９】
串型スタック８ＲＵ３の左端から２番目、３番目の半導体素子としては夫々クランプダイオード３Ｒ１、３Ｒ２を配置する。クランプダイオード３Ｒ１のカソード電極は、第１の串型スタック８ＲＵ１の左端のスイッチング素子１Ｒ１のカソード電極に接続する。クランプダイオード３Ｒ１のアノード電極はクランプダイオード３Ｒ２のカソード電極と共用され、この電極はＣ電位の端子となる。クランプダイオード３Ｒ２のアノード電極は、第１の串型スタック８ＲＵ１の左端から３番目のスイッチング素子１Ｒ３のカソード電極に接続する。同様に、右端から２番目、３番目の半導体素子としては夫々クランプダイオード３Ｕ１、３Ｕ２を配置する。クランプダイオード３Ｕ１のカソード電極は、第１の串型スタック８ＲＵ１の右端のスイッチング素子１Ｕ１のカソード電極に接続する。クランプダイオード３Ｕ１のアノード電極はクランプダイオード３Ｕ２のカソード電極と共用され、この電極はＣ電位の端子となる。クランプダイオード３Ｕ２のアノード電極は、第１の串型スタック８ＲＵ１の右端から３番目のスイッチング素子１Ｕ３のカソード電極に接続する。
【００３０】
以上の構成によって電力変換ユニット８ＰＵは、半導体素子間の接続導体の配線距離を短縮し、絶縁物の個数を最小限に抑えた半導体素子の配置を実現している。そして、各々の串型スタックには長手方向に一括して圧力が加えられる。
【００３１】
図３に示すのは、本発明の３レベル電力変換装置の概略構造図である。３レベル電力変換装置は基本的に３台の電力変換ユニット８ＰＵ、８ＳＶ及び８ＴＷから構成され、電力変換ユニット８ＰＵ、８ＳＶ及び８ＴＷのコンバータ１２側のＡＣ端子がＡＣ入力となり、電力変換ユニット８ＰＵ、８ＳＶ及び８ＴＷのインバータ１３側のＡＣ端子がＡＣ出力となる。電力変換ユニット８ＰＵ８、ＳＶ及び８ＴＷのお互いの配線、他の部品を含む配線は、図１に示した回路構成図に従って行われるが、図３においてはこれらの図示を省略している。
【００３２】
尚、図３は、３レベル電力変換装置が３台の電力変換ユニット８ＰＵ、８ＳＶ及び８ＴＷから構成される例を図示したが、電力変換ユニット２台を並列接続するなど、電力変換ユニット数を４台以上で構成するようにしても良い。
【実施例２】
【００３３】
図４は本発明の実施例２に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図である。この実施例２の各部について、図２の本発明の実施例１に係る３レベル電力変換装置に用いられる電力変換ユニットの構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、全ての串形スタックにおいて、Ｐ電位極とＮ電位極の配置を入れ替える構成とした点である。
【００３４】
Ｐ電位極とＮ電位極の配置を入れ替える構成とは、例えば串型スタック８ＲＵ１の場合で言えば、串形状の左端をＮ電極とし、左端から中央部に向かってスイッチング素子１Ｒ４、１Ｒ３、１Ｒ２、１Ｒ１の順に配置すると共に、右端もＮ電極とし、右端から中央部に向かってスイッチング素子１Ｕ４、１Ｕ３、１Ｕ２、１Ｕ１の順に配置する。このとき、中央部の電極は共通のＰ電極となる。串型スタック８ＲＵ２及び串型スタック８ＲＵ３についても、左端から中央部、右端から中央部への半導体素子の配列の順序を実施例１の場合とは逆にする。
【００３５】
以上の実施例２の構成によっても、電力変換ユニット８ＰＵは、半導体素子間の接続導体の配線距離を短縮し、絶縁物Ｉの個数を最小限に抑えた半導体素子の配置を実現することができる。
【００３６】
以上本発明の実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３７】
例えば、３レベル電力変換装置のスナバ回路は、図１で示した回路に限らず、スナバダイオードを更に多く用いる回路などが各種提案されている。この場合には第３の串型スタックをスナバ回路のスナバダイオードの構成に応じて適切に変更することによってコンパクトな電力変換ユニットを実現できる。
【００３８】
また、図２、図４における電力変換ユニットは、半導体素子のみで構成したが、Ｃ電位端子の配線を含める構成としても良く、またスナバコンデンサ等の部品を一体に実装する構成としても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１１ 変圧器
１２ ３レベルコンバータ
１２Ｒ、スイッチングレグの半導体素子部分
１Ｒ１、１Ｒ２、１Ｒ３、１Ｒ４、１Ｓ１、１Ｓ２、１Ｓ３、１Ｓ４、１Ｔ１、１Ｔ２、１Ｔ３、１Ｔ４ スイッチング素子
２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３、２Ｒ４、２Ｓ１、２Ｓ２、２Ｓ３、２Ｓ４、２Ｔ１、２Ｔ２、２Ｔ３、２Ｔ４ フライホイールダイオード
３Ｒ１、３Ｒ２、３Ｓ１、３Ｓ２、３Ｔ１、３Ｔ２ クランプダイオード
４Ｒ１、４Ｒ２、４Ｓ１、４Ｓ２、４Ｔ１、４Ｔ２ スナバダイオード
５Ｒ１、５Ｒ２、５Ｓ１、５Ｓ２、５Ｔ１、５Ｔ２ スナバコンデンサ
６Ｒ１、６Ｒ２、６Ｓ１、６Ｓ２、６Ｔ１、６Ｔ２ ヒューズ
７Ｒ１、７Ｒ２、７Ｓ１、７Ｓ２、７Ｔ１、７Ｔ２ 直流コンデンサ
１３ ３レベルインバータ
１３Ｕ スイッチングレグの半導体素子部分
１Ｕ１、１Ｕ２、１Ｕ３、１Ｕ４、１Ｖ１、１Ｖ２、１Ｖ３、１Ｖ４、１Ｗ１、１Ｗ２、１Ｗ３、１Ｗ４ スイッチング素子
２Ｕ１、２Ｕ２、２Ｕ３、２Ｕ４、２Ｖ１、２Ｖ２、２Ｖ３、２Ｖ４、２Ｗ１、２Ｗ２、２Ｗ３、２Ｗ４ フライホイールダイオード
３Ｕ１、３Ｕ２、３Ｖ１、３Ｖ２、３Ｗ１、３Ｗ２ クランプダイオード
４Ｕ１、４Ｕ２、４Ｖ１、４Ｖ２、４Ｗ１、４Ｗ２ スナバダイオード
５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｖ１、５Ｖ２、５Ｗ１、５Ｗ２ スナバコンデンサ
６Ｕ１、６Ｕ２、６Ｖ１、６Ｖ２、６Ｗ１、６Ｗ２ ヒューズ
７Ｕ１、７Ｕ２、７Ｖ１、７Ｖ２、７Ｗ１、７Ｗ２ 直流コンデンサ
１４ 交流電動機
８ＲＵ、８ＳＶ、８ＴＷ 電力変換ユニット
８ＲＵ１、８ＲＵ２、８ＲＵ３ 串型スタック
９１、９２、９３、９４ 絶縁物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流をＰ、Ｃ及びＮの３レベル電位の直流に変換する３レベルコンバータと、その直流を交流に変換する３レベルインバータを具備すると共に、前記３レベルコンバータの１相分の圧接型半導体素子と前記３レベルインバータの１相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット３台から構成される３レベル電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットは、
主回路スイッチング素子で構成される第１の串型スタックと、
フライホイールダイオードで構成される第２の串型スタックと、
クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第３の串型スタックと
を具備し、
前記第１の串型スタック及び第２の串型スタックは、
中央部に共通のＮ電位極、両端部に各々Ｐ電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記３レベルコンバータの１相分の交流入力、他方が前記３レベルインバータの１相分の交流出力になるようにしたことを特徴とする３レベル電力変換装置。
【請求項２】
交流をＰ、Ｃ及びＮの３レベル電位の直流に変換する３レベルコンバータと、その直流を交流に変換する３レベルインバータを具備すると共に、前記３レベルコンバータの１相分の圧接型半導体素子と前記３レベルインバータの１相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット３台から構成される３レベル電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットは、
主回路スイッチング素子で構成される第１の串型スタックと、
フライホイールダイオードで構成される第２の串型スタックと、
クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第３の串型スタックと
を具備し、
前記第１の串型スタック及び第２の串型スタックは、
中央部に共通のＰ電位極、両端部に各々Ｎ電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記３レベルコンバータの１相分の交流入力、他方が前記３レベルインバータの１相分の交流出力になるようにしたことを特徴とする３レベル電力変換装置。
【請求項３】
前記第３の串型スタッックは、
中央部に共通のＮ電位極、両端部に各々Ｐ電位極を配置し、
中央部の電極に隣接する一方の部位及びこれと同じ側にある一方の端部に夫々前記３レベルコンバータ用の第１及び第２のスナバダイオードを、中央部の電極に隣接する他方の部位及びこれと同じ側にある他方の端部に夫々前記３レベルインバータ用の第３及び第４のスナバダイオードを配置し、
前記第１及び第２のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記３レベルコンバータ用の第１及び第２のクランプダイオードを、前記第３及び第４のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記３レベルインバータ用の第３及び第４のクランプダイオードを配置し、
前記第１及び第２のクランプダイオードが接続される電極並びに前記第３及び第４のクランプダイオードが接続される電極をＣ電位極としたことを特徴とする請求項１に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項４】
前記第３の串型スタッックは、
中央部に共通のＰ電位極、両端部に各々Ｎ電位極を配置し、
中央部の電極に隣接する一方の部位及びこれと同じ側にある一方の端部に夫々前記３レベルコンバータ用の第１及び第２のスナバダイオードを、中央部の電極に隣接する他方の部位及びこれと同じ側にある他方の端部に夫々前記３レベルインバータ用の第３及び第４のスナバダイオードを配置し、
前記第１及び第２のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記３レベルコンバータ用の第１及び第２のクランプダイオードを、前記第３及び第４のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記３レベルインバータ用の第３及び第４のクランプダイオードを配置し、
前記第１及び第２のクランプダイオードが接続される電極並びに前記第３及び第４のクランプダイオードが接続される電極をＣ電位極としたことを特徴とする請求項２に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１】
交流をＰ、Ｃ及びＮの３レベル電位の直流に変換する３レベルコンバータと、その直流を交流に変換する３レベルインバータを具備すると共に、前記３レベルコンバータの１相分の圧接型半導体素子と前記３レベルインバータの１相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット３台から構成される３レベル電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットは、
主回路スイッチング素子で構成される第１の串型スタックと、
フライホイールダイオードで構成される第２の串型スタックと、
クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第３の串型スタックと
を具備し、
前記第１の串型スタック及び第２の串型スタックは、
中央部に共通のＮ電位極、両端部に各々Ｐ電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記３レベルコンバータの１相分の交流入力、他方が前記３レベルインバータの１相分の交流出力になるようにしたことを特徴とする３レベル電力変換装置。
【請求項２】
交流をＰ、Ｃ及びＮの３レベル電位の直流に変換する３レベルコンバータと、その直流を交流に変換する３レベルインバータを具備すると共に、前記３レベルコンバータの１相分の圧接型半導体素子と前記３レベルインバータの１相分の圧接型半導体素子を有する電力変換ユニット３台から構成される３レベル電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットは、
主回路スイッチング素子で構成される第１の串型スタックと、
フライホイールダイオードで構成される第２の串型スタックと、
クランプダイオードとスナバダイオードで構成される第３の串型スタックと
を具備し、
前記第１の串型スタック及び第２の串型スタックは、
中央部に共通のＰ電位極、両端部に各々Ｎ電位極を配置し、中央部と両端部の中間の電極の一方が前記３レベルコンバータの１相分の交流入力、他方が前記３レベルインバータの１相分の交流出力になるようにしたことを特徴とする３レベル電力変換装置。
【請求項３】
前記第３の串型スタッックは、
中央部に共通のＮ電位極、両端部に各々Ｐ電位極を配置し、
中央部の電極に隣接する一方の部位及びこれと同じ側にある一方の端部に夫々前記３レベルコンバータ用の第１及び第２のスナバダイオードを、中央部の電極に隣接する他方の部位及びこれと同じ側にある他方の端部に夫々前記３レベルインバータ用の第３及び第４のスナバダイオードを配置し、
前記第１及び第２のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記３レベルコンバータ用の第１及び第２のクランプダイオードを、前記第３及び第４のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記３レベルインバータ用の第３及び第４のクランプダイオードを配置し、
前記第１及び第２のクランプダイオードが接続される電極並びに前記第３及び第４のクランプダイオードが接続される電極をＣ電位極としたことを特徴とする請求項１に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項４】
前記第３の串型スタッックは、
中央部に共通のＰ電位極、両端部に各々Ｎ電位極を配置し、
中央部の電極に隣接する一方の部位及びこれと同じ側にある一方の端部に夫々前記３レベルコンバータ用の第１及び第２のスナバダイオードを、中央部の電極に隣接する他方の部位及びこれと同じ側にある他方の端部に夫々前記３レベルインバータ用の第３及び第４のスナバダイオードを配置し、
前記第１及び第２のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記３レベルコンバータ用の第１及び第２のクランプダイオードを、前記第３及び第４のスナバダイオードの中間部に夫々絶縁物を介して前記３レベルインバータ用の第３及び第４のクランプダイオードを配置し、
前記第１及び第２のクランプダイオードが接続される電極並びに前記第３及び第４のクランプダイオードが接続される電極をＣ電位極としたことを特徴とする請求項２に記載の３レベル電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５９１５１（Ｐ２０１３−５９１５１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４７９８（Ｐ２０１１−１９４７９８）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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