專利名稱：逆變器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并聯(lián)連接多個開關(guān)元件而構(gòu)成的逆變器裝置。
背景技術(shù)：
以前，在構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的額定電流不足的情況下，并聯(lián) 連接多個開關(guān)元件而構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換器的技術(shù)廣為所知。[專利文獻l]中記
載有關(guān)于通過使用6個臂而構(gòu)成的3相逆變器，其中，將串聯(lián)連接開關(guān)元 件和熔斷器的裝置多個并聯(lián)連接而構(gòu)成l個臂。通過這樣的構(gòu)成，在能夠 將1個元件中不足的額定電流加大的基礎(chǔ)上，由于在元件故障時能夠由熔 斷器每次將一個元件從主電路斷開，因此將故障時的損壞部分限制在最小 限度。日本特開2005-160244號公報
但是，高壓大容量的逆變器裝置中，開關(guān)元件發(fā)生故障的情況下，在 短路電流流動的對臂的開關(guān)元件損壞前將熔斷器熔斷，在熔斷器的性能上 變難。因此，多個并聯(lián)連接的開關(guān)元件中一個發(fā)生故障的情況下，有時會 有在與該故障元件連接的瑢斷器熔斷前，由于短路電流而對臂的多個開關(guān) 元件損壞的情況。此時，由于與對臂連接的多個熔斷器中短路電流分流而 流動，因此各熔斷器沒有熔斷而留下來。之后，存在通過已損壞的對臂的 開關(guān)元件和其他相的二極管元件而發(fā)生負(fù)載短路并擴大故障的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問題而產(chǎn)生，本發(fā)明的目的在于，將多個開關(guān)元件 并聯(lián)連接而構(gòu)成的逆變器裝置中，在開關(guān)元件的故障時，使得由于短路電 流而熔斷的多個熔斷器的熔斷定時一致而減少由于負(fù)載短路而流動的電 流，防止損失擴大并減少故障處。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的逆變器，包括串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)和分
別在正負(fù)的直流端子上的熔斷器，并且對各相設(shè)置多個將半導(dǎo)體開關(guān)的相 互連接點設(shè)為交流端子的半導(dǎo)體單元，且將直流電和交流電相互地轉(zhuǎn)換， 該逆變器裝置的特征在于，正負(fù)的直流端子分別相互地并聯(lián)連接并與直流 電容器連接，并且各半導(dǎo)體單元內(nèi)的正負(fù)的熔斷器和半導(dǎo)體幵關(guān)的連接點 分別相互地并聯(lián)連接，由此， 一個開關(guān)元件發(fā)生故障時，使在正負(fù)的熔斷 器中流動的電流平均化。
并且，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明為對各相設(shè)置多個半導(dǎo)體單元并將直 流電和交流電相互地轉(zhuǎn)換的中性點鉗位型3級逆變器裝置，上述半導(dǎo)體單 元包括串聯(lián)連接的四個半導(dǎo)體開關(guān)、串聯(lián)連接的兩個二極管和分別在正負(fù) 以及中性點的直流端子上的熔斷器的逆變器裝置，正負(fù)和中性點的直流端 子分別相互地并聯(lián)連接并與直流電容器連接，并且各半導(dǎo)體單元內(nèi)的正負(fù) 以及中性點的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點分別相互地并聯(lián)連接，從而在 一個開關(guān)元件發(fā)生故障時，將在正負(fù)的熔斷器中流動的電流平均化。
根據(jù)本發(fā)明的逆變器裝置，在一個開關(guān)元件發(fā)生故障時，由于能夠通 過將故障相的正負(fù)的全部的熔斷器大致同時熔斷而防止負(fù)載短路，因此也 能夠?qū)崿F(xiàn)防止損失擴大、減少故障處。
并且，根據(jù)本發(fā)明的逆變器裝置，在中性點鉗位型3級逆變器裝置的 一個開關(guān)元件發(fā)生故障時，由于能夠通過將故障相的正負(fù)的全部的熔斷器 大致同時熔斷而防止負(fù)載短路，因此也能夠?qū)崿F(xiàn)防止損失擴大、減少故障 處。


圖1是示意出本發(fā)明第1實施方式的逆變器裝置的電路圖。
圖2是說明不具備連接總線的逆變器電路的工作的圖。
圖3是說明具備連接總線的逆變器電路的工作的圖。
圖4是示意出本發(fā)明第1實施方式的其他逆變器裝置的電路圖。
圖5是示意出本發(fā)明第2實施方式的逆變器裝置的電路圖。
11輸入交流電源端子 12整流器
14逆變器電路 15半導(dǎo)體單元 16負(fù)載
21 24開關(guān)元件 25、 26 二極管 31 33熔斷器(fUse) 41 43連接總線
具體實施例方式
以下，對于本發(fā)明的實施方式釆用

。 (第1實施方式)
圖1是示意與本發(fā)明的第1實施方式相關(guān)的逆變器裝置的電路圖。圖 1中，逆變器裝置中，從輸入端子ll輸入交流電，在整流器12中將該交 流電轉(zhuǎn)換成直流電，采用平滑電容器13進行平滑化。在逆變器電路14中 通過進行開關(guān)將得到的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并給負(fù)載16供給交流電。
逆變器電路14設(shè)置6個半導(dǎo)體單元15，各個半導(dǎo)體單元15設(shè)置串聯(lián) 連接的兩個幵關(guān)元件21、 22，第1開關(guān)元件21通過正側(cè)熔斷器31與3 相逆變器電路14的正極母線連接，第2開關(guān)元件22通過負(fù)側(cè)熔斷器32 與3相逆變器電路14的負(fù)極母線連接。并且，將兩個半導(dǎo)體單元15作為 一組，將每個第1和第2開關(guān)元件的連接點相互連接，并作為1個相的交 流輸出端子與負(fù)載16連接。
這樣的逆變器電路14，由于通過將多個半導(dǎo)體單元15并聯(lián)連接能夠 構(gòu)成超過開關(guān)元件的額定電流的容量的逆變器裝置，因此能夠與大容量的 負(fù)載對應(yīng)起來。并且，通過將半導(dǎo)體單元的并聯(lián)數(shù)目改變?yōu)?并聯(lián)、3并 聯(lián)、…，能夠使用共同的部件來提供各種容量的逆變器裝置。
更進一步地，本實施方式中，將構(gòu)成一個相的兩個半導(dǎo)體單元15中 的熔斷器和開關(guān)元件的連接點通過連接總線41、 42相互地連接起來。
以下，對于設(shè)置連接總線41、 42的理由，同沒有連接總線的情況進 行比較來詳細(xì)說明。
圖2是在沒有連接總線的情況下開關(guān)元件發(fā)生1次故障時的工作的說 明圖。為簡單起見，只挑選逆變器電路中兩相，在和圖l相同的部分上注
上相同的符號。將半導(dǎo)體單元14a和14b并聯(lián)連接而構(gòu)成一個方向的相， 另外一個方向的相由半導(dǎo)體單元14a和14b并聯(lián)連接而構(gòu)成。并且，負(fù)載 16由內(nèi)部電動勢161和電感162構(gòu)成。圖2 (a) 圖2 (d)示意隨著時 間經(jīng)過而變化的工作。
圖2 (a)中，8個開關(guān)元件中開關(guān)元件22a、 22b、 21c、 21d接通。這 里，如果開關(guān)元件21a因為某些理由而發(fā)生短路故障，則通過發(fā)生故障的 開關(guān)元件21a和接通的開關(guān)元件22a、 22b而發(fā)生直流短路。
于是，如圖2(b)，由于過大的短路電流開關(guān)元件22a、 22b發(fā)生故障， 并且熔斷器31a熔斷。如果熔斷器31a熔斷早，則雖然開關(guān)元件22a、 22b 不發(fā)生故障而結(jié)束，但是由于一般難以使得高壓大容量用的熔斷器具有即 斷特性，因此直流短路時在到發(fā)生故障之前難以保護開關(guān)元件。并且，為 了分流短路電流，熔斷器32a、 32b由于相比熔斷器31a流動的電流小， 因而熔斷晚，并且由于從熔斷器31a熔斷起短路電流被切斷，因此熔斷器 32a、 32b沒有熔斷而留下來。
接著，如圖2 (c)所示，通過從以后起發(fā)生了故障的開關(guān)元件22a、 22b和其他相的開關(guān)元件22c、 22d的二極管而發(fā)生負(fù)載短路，由于直流短 路電流和負(fù)荷短路電流的累計，熔斷器32a、 32b熔斷。此時，如果負(fù)載 短路電流大，則開關(guān)元件22c、 22d有發(fā)生故障的危險。
更迸一步地，如果負(fù)載短路電流大，則由于負(fù)載電感162的積蓄能量 變大，因此存在如圖2 (d)那樣通過開關(guān)元件21b的二極管而對平滑電容 器13進行過充電且成為直流過電壓的危險。
對于此，對于設(shè)置連接總線的情況的工作采用圖3進行說明。圖3也 和圖2相同，選擇逆變器電路的兩相，和圖2不同，設(shè)置連接總線41a、 42a、 41c、 42c。圖3 (a)中，如果開關(guān)元件21a由于某些理由而發(fā)生短 路故障，則通過發(fā)生了故障的開關(guān)元件21a和接通的開關(guān)元件22a、 22b 發(fā)生直流短路。
于是，如圖3 (b)所示，雖然由于短路電流開關(guān)元件22a、 22b發(fā)生 故障，但是對于熔斷器，由于通過連接總線41a的作用，短路電流向熔斷
器31a、 31b進行分流，因此成為與熔斷器32a、 32b同等的電流且上述四 個熔斷器大致同時熔斷。于是，如圖3 (c)所示，全部的電流路徑被切斷， 這以上的影響不發(fā)生。
上述四個熔斷器，雖然嚴(yán)格地保持時間差而熔斷，但是，通過使短路 電流盡可能平均地流動，減小熔斷為止的時間差，從而能夠縮短負(fù)載短路 的繼續(xù)時間，因此能夠?qū)⑾蚱渌嗟呢?fù)載短路電流的蔓延和之后的直流電 壓上升抑制地較小。
圖1的實施方式中，雖然在半導(dǎo)體單元15的內(nèi)部中設(shè)置熔斷器31、 32，但是在圖4那樣的半導(dǎo)體卑元15中不包含熔斷器，半導(dǎo)體單元15和 逆變器電路14的正負(fù)的母線通過熔斷器31、 32連接，在半導(dǎo)體單元15 和熔斷器31、 32的連接點上也能夠按每相設(shè)置連接總線41、 42。
并且，雖然圖l的實施方式中，每1相并聯(lián)兩個半導(dǎo)體單元，但是3 并聯(lián)以上的情況下，通過將熔斷器和開關(guān)元件的連接點按每相相互地連 接，可以得到相同的效果。
如上所述，根據(jù)本實施方式，在并聯(lián)連接半導(dǎo)體單元而構(gòu)成的逆變器 裝置中， 一個開關(guān)元件發(fā)生故障的情況下，由于能夠?qū)⒐收喜糠譁?zhǔn)確地從 主電路分開，因此能夠?qū)⒐收咸幰种频剌^少。 (第2實施方式)
圖5是示意本發(fā)明第2實施方式的相關(guān)的逆變器裝置的電路圖。對于 和圖1相同的構(gòu)成部分附加相同的記號。和圖1不同的點在于，作為逆變 器電路14，大容量轉(zhuǎn)換器中使用適當(dāng)?shù)闹行渣c鉗位型3級逆變器。
圖5中，半導(dǎo)體單元15具備串聯(lián)連接的四個開關(guān)元件21 24和串聯(lián) 連接的兩個二極管25、 26，第1開關(guān)元件21通過正側(cè)熔斷器31與3相逆 變器電路14的正極母線連接，第4開關(guān)元件24通過負(fù)側(cè)熔斷器33與3 相逆變器電路14的負(fù)極母線連接。
第1開關(guān)元件21和第2開關(guān)元件22的相互連接點，與第1 二極管25 連接，第3開關(guān)元件23和第4開關(guān)元件24的相互連接點與第2 二極管26 連接，第i 二極管25和第2 二極管26的相互連接點通過中間熔斷器32 與3相逆變器電路14的中性點母線連接。并且，將兩個半導(dǎo)體單元15作 為一組，與每個第2和第3開關(guān)元件的連接點相互地連接，并作為l個相
的交流輸出端子與負(fù)載16連接。
更進一步地，本實施方式中，構(gòu)成一個相的兩個半導(dǎo)體單元15中的
熔斷器和開關(guān)元件的連接點，通過連接總線41、 42、 43相互地連接。
本實施方式中，1個開關(guān)元件發(fā)生故障的情況的工作，和第l實施方 式的情況相同，通過使得由于故障而發(fā)生的短路電流憑借連接總線的作用 向多個熔斷器均等地分流，來減小與故障相相連接的多個熔斷器的熔斷為 止的時間差，從而能夠縮短負(fù)載短路的繼續(xù)時間，因此能夠?qū)⑾蚱渌嗟?負(fù)載短路電流的蔓延、和之后的直流電壓上升抑制地較小。
圖5的實施方式中，雖然在半導(dǎo)體單元15的內(nèi)部設(shè)置熔斷器，但是 半導(dǎo)體單元15和逆變器電路14的正負(fù)中間的母線通過熔斷器而連接，且 在半導(dǎo)體單元的連接點上也能夠按照每相設(shè)置連接總線，即使在3并聯(lián)以 上的情況下，通過將熔斷器和開關(guān)元件的連接點按照每相相互地連接可以 得到相同的效果，這和第l實施方式相同。
如上所述，根據(jù)本實施方式，并聯(lián)連接半導(dǎo)體單元而構(gòu)成的中性點鉗 位型3級逆變器中，在一個開關(guān)元件發(fā)生故障的情況下，能夠準(zhǔn)確地將故 障部分從電路分開，所以能夠?qū)⒐收咸幰种频剌^少。
本發(fā)明能夠應(yīng)用于需要并聯(lián)連接開關(guān)元件而得到的大容量的功率轉(zhuǎn) 換器的產(chǎn)業(yè)用驅(qū)動領(lǐng)域和使用電力用轉(zhuǎn)換器的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1. 一種逆變器裝置，包括串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)和分別在正負(fù)的直流端子上的熔斷器，并且對各相設(shè)置多個將半導(dǎo)體開關(guān)的相互連接點設(shè)為交流端子的半導(dǎo)體單元，且將直流電和交流電相互地轉(zhuǎn)換，該逆變器裝置的特征在于，上述各相的多個半導(dǎo)體單元的交流端子分別相互地并聯(lián)連接并與交流負(fù)載連接，正負(fù)的直流端子分別相互地并聯(lián)連接并與直流電容器連接，并且各半導(dǎo)體單元內(nèi)的正負(fù)的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點分別相互地并聯(lián)連接。
2. —種逆變器裝置，為對各相設(shè)置多個半導(dǎo)體單元并將直流電和交 流電相互地轉(zhuǎn)換的中性點鉗位型3級逆變器裝置，上述半導(dǎo)體單元包括串 聯(lián)連接的四個半導(dǎo)體開關(guān)、串聯(lián)連接的兩個二極管和分別在正負(fù)以及中性 點的直流端子上的熔斷器，該逆變器裝置的特征在于，各相的多個半導(dǎo)體單元的交流端子分別相互地并聯(lián)連接并與交流負(fù) 載連接，正負(fù)和中性點的直流端子分別相互地并聯(lián)連接并與直流電容器連 接，并且各單元內(nèi)的正負(fù)以及中性點的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點分別 相互地并聯(lián)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的逆變器裝置，其特征在于， 在半導(dǎo)體單元內(nèi)的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點上，設(shè)置用于連接連接總線的端子。
4. 一種逆變器裝置，包括串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)和分別在正負(fù)的直 流端子上的熔斷器，并且對各相設(shè)置多個將半導(dǎo)體開關(guān)的相互連接點設(shè)為 交流端子的半導(dǎo)體單元，并將直流電和交流電相互地轉(zhuǎn)換，其特征在于，上述各相的多個半導(dǎo)體單元的交流端子分別相互地并聯(lián)連接并與交流負(fù)載連接，正負(fù)的直流端子分別相互地并聯(lián)連接并與直流電容器連接， 并且將各半導(dǎo)體單元內(nèi)的正負(fù)的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點，與其他的半導(dǎo)體單元內(nèi)的正負(fù)的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點連接。
5. —種逆變器裝置，為對各相設(shè)置多個半導(dǎo)體單元并將直流電和交 流電相互地轉(zhuǎn)換的中性點鉗位型3級逆變器裝置，上述半導(dǎo)體單元包括串 聯(lián)連接的四個半導(dǎo)體開關(guān)、串聯(lián)連接的兩個二極管和分別在正負(fù)以及中性 點的直流端子上的熔斷器，該逆變器裝置的特征在于，各相的多個半導(dǎo)體單元的交流端子分別相互地并聯(lián)連接并與交流負(fù) 載連接，正負(fù)和中性點的直流端子分別相互地并聯(lián)連接并與直流電容器連 接，并且將各單元內(nèi)的正負(fù)以及中性點的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點， 與其他單元內(nèi)的正負(fù)以及中性點的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的逆變器裝置，其特征在于， 使用連接總線作為上述熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接部件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種逆變器裝置，包括串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)和分別在正負(fù)的直流端子上的熔斷器，并且對各相設(shè)置多個將半導(dǎo)體開關(guān)的相互連接點設(shè)為交流端子的半導(dǎo)體單元，且將直流電和交流電相互地轉(zhuǎn)換的逆變器裝置中，正負(fù)的直流端子分別相互地并聯(lián)連接并與直流電容器連接，并且各半導(dǎo)體單元內(nèi)的正負(fù)的熔斷器和半導(dǎo)體開關(guān)的連接點分別相互地并聯(lián)連接，由此在一個開關(guān)元件發(fā)生故障的情況下，將正負(fù)的熔斷器中流動的電流平均化。從而，在將多個開關(guān)元件并聯(lián)連接而構(gòu)成的逆變器裝置中，使得在開關(guān)元件的故障時由于短路電流而熔斷的多個熔斷器的熔斷定時一致來減少由于負(fù)荷短路而流動的電流，防止損失擴大并減少故障處。
文檔編號H02M7/48GK101394137SQ20081021106
公開日2009年3月25日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者伊君高志, 永田寬 申請人:株式會社日立制作所