電力變換裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及電力變換裝置，在具備無電容器構成的逆變器電路的電力變換裝置中，能夠抑制電源接通時或者電源切斷時等在緩沖電容器、構成逆變器電路的半導體開關元件中流動的浪涌電流，所述無電容器構成是指在輸入側不具有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的構成。所述電力變換裝置具備：二極管整流電路，對從交流電源供給的交流電進行整流；所述逆變器電路（4），與所述二極管整流電路的后段連接；高頻噪聲抑制用的緩沖電容器（5），與所述逆變器電路（4）的輸入側并聯(lián)連接；以及浪涌電流吸收元件（6），與所述緩沖電容器（5）并聯(lián)連接。
【專利說明】電力變換裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力變換裝置。
【背景技術】
[0002]以往，在對從交流電源施加的交流電壓進行整流來驅動馬達(motor)等交流負載的電力變換裝置中，一般構成為在將整流后的直流電變換成交流電的逆變器(inverter)電路的前段具備平滑電容器(capacitor)。作為該平滑電容器，為了將因交流電源的輸出電壓引起的整流后的直流電壓的波動(ripple)除去來實現(xiàn)平滑化，并且吸收將交流電壓接通或者切斷時的浪涌(surge)電流，可使用大容量的平滑用電容器。
[0003]該平滑用電容器一般由大容量的電解電容器構成。作為該平滑用電容器而使用的大容量的電解電容器在構成電力變換裝置的部件中型號大且價格昂貴，導致電力變換裝置的大型化、成本增加(cost rise)。另外，由于電解電容器的耐用期間比構成電力變換裝置的其他部件短，所以為了維持組裝電力變換裝置的設備的性能，需要更換平滑用電容器或者電力變換裝置。另外，關于平滑用電容器、電力變換裝置的無法更換的設備，設備的耐用期間相應于平滑用電容器的耐用期間也變短。因此，提出了一種不具備這樣的平滑用電容器的所謂無電容器(less)構成的逆變器電路(例如專利文獻I)。在專利文獻I所示的技術中，在逆變器電路的輸入側具備例如由小容量的薄膜(film)電容器等構成的緩沖(snubber)電容器，通過使該緩沖電容器的電容在規(guī)定范圍內，來控制逆變器電路的高次諧波噪聲(noise)、浪涌 電流。
[0004]【專利文獻I】日本特開2012- 157242號公報
[0005]然而，在上述現(xiàn)有技術中，會由于電源供給線的線路阻抗(impedance)的大小、緩沖電容器的電容而在電源接通時或者電源切斷時等無法抑制緩沖電容器、逆變器電路中流過的浪涌電流。該情況下，作為緩沖電容器、構成后段的逆變器電路的半導體開關元件，需要采用耐電壓值、耐電流值大的元件，存在成本增加、導致設備大型化等問題。實用新型內容
[0006]本實用新型鑒于上述情況而提出，其目的在于，提供一種在具備無電容器構成的逆變器電路的電力變換裝置中，當電源接通時或者電源切斷時等能夠抑制在緩沖電容器、構成逆變器電路的半導體開關(switching)元件中流過的浪涌電流的電力變換裝置，其中，上述無電容器構成是指在輸入側不具有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的構成。
[0007]為了解決上述課題而實現(xiàn)目的，本實用新型涉及的電力變換裝置是具備在輸入側不具有平滑用電容器的逆變器電路的電力變換裝置，其特征在于，具備:二極管(diode)整流電路，對從交流電源供給的交流電進行整流；上述逆變器電路，與上述二極管整流電路的后段連接；高頻噪聲抑制用的緩沖電容器，與上述逆變器電路的輸入側并聯(lián)連接；以及浪涌電流吸收元件，與上述緩沖電容器并聯(lián)連接。
[0008]另外，本實用新型涉及的電力變換裝置，具備在輸入側不具有平滑用電容器并由半導體開關元件構成的逆變器電路，所述半導體開關元件由寬帶隙半導體形成，所述電力變換裝置的特征在于，具備:二極管整流電路，對從交流電源供給的交流電進行整流；所述逆變器電路，與所述二極管整流電路的后段連接；高頻噪聲抑制用的緩沖電容器，與所述逆變器電路的輸入側并聯(lián)連接；以及浪涌電流吸收元件，與所述緩沖電容器并聯(lián)連接。
[0009]根據(jù)本實用新型，由于在具備無電容器構成的逆變器電路的電力變換裝置中，將浪涌電流吸收用的變阻器(varistor )與緩沖電容器以及逆變器電路的輸入側并聯(lián)連接，其中，上述無電容器構成是指在輸入側不具有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的構成，所以能夠抑制電源接通時等在緩沖電容器、構成逆變器電路的半導體開關元件中流過浪涌電流，能夠減小緩沖電容器、半導體開關元件的耐電壓值、耐電流值，因此起到能夠實現(xiàn)電力變換裝置的低成本(cost)化、小型化以及組裝該電力變換裝置的設備的低成本化、小型化的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是表示實施方式涉及的電力變換裝置的一個構成例的圖。
[0011]圖2是表示不具備變阻器的以往構成中電源接通后的直流母線電壓波形的一個例子的圖。
[0012]圖3是表示實施方式涉及的電力變換裝置中電源接通后的直流母線電壓波形的一個例子的圖。
[0013]圖4是表示變阻器的電壓/電流特性的圖。
[0014]圖5是表示二極管整流電路的輸出電壓波形的一個例子的圖。
[0015]附圖標記說明
[0016]1-交流電源，2- 二極管整流電路，3-斷路器，4-逆變器電路，5-緩沖電容器，6_變阻器，7a、7b、7c、7d、7e、7f-半導體開關元件，8-電力變換裝置，9-高電壓側直流母線，10-低電壓側直流母線，11-電動機(交流負載)，12-線路阻抗。
【具體實施方式】
[0017]以下參照附圖，對本實用新型的實施方式涉及的電力變換裝置進行說明。其中，本實用新型并不受以下所示的實施方式限定。
[0018]實施方式.[0019]圖1是表示實施方式涉及的電力變換裝置的一個構成例的圖。在圖1所示的例子中，本實施方式涉及的電力變換裝置8構成為從交流電源I經(jīng)由斷路器(breaker)3被供給工業(yè)交流電，向作為交流負載的電動機11供給所希望的交流電。
[0020]如圖1所示，本實施方式涉及的電力變換裝置8具備二極管整流電路2、緩沖電容器5、變阻器6和逆變器電路4。
[0021]二極管整流電路2在圖1所示的例子中，通過6個高速開關二極管橋接(bridge)連接而構成，對從交流電 源I經(jīng)由斷路器3供給的三相交流電進行全波整流。
[0022]逆變器電路4是在輸入側不具有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的所謂無電容器構成的逆變器電路，通過與二極管整流電路2的高電壓側輸出端子(高電壓側直流母線9)連接的三個半導體開關元件(上臂(arm)側半導體開關元件)7a.7b.7c以及與二極管整流電路2的低電壓側輸出端子(低電壓側直流母線10)連接的三個半導體開關元件(下臂側半導體開關元件)7(1、76、7￡全橋(血11-131^(^6)連接而構成，將被二極管整流電路2全波整流后的直流電壓變換成三相交流電壓并輸出給電動機(交流負載)11。
[0023]各半導體開關元件7a、7b、7c、7d、7e、7f 例如由 IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor)或者 MOS — FET(Metal Oxide Semiconductor — Field Effect Transistor)等構成。在本實施方式中，作為構成逆變器電路4的各半導體開關元件7a、7b、7c、7d、7e、7f,使用由碳化娃(SiC)或氮化鎵(gallium) (GaN)系材料或者金剛石(diamond)等寬帶隙(wide-band gap)(以下稱為“WBG”)半導體形成的開關元件。該構成意圖和效果將后述。
[0024]緩沖電容器5例如是I μ F以下程度的小容量的薄膜電容器，與逆變器電路4的輸入側并聯(lián)連接，即連接在高電壓側直流母線9與低電壓側直流母線10之間。該緩沖電容器5具有對因構成逆變器電路4的各半導體開關元件7a、7b、7c、7d、7e、7f的開關而產生的高頻噪聲進行抑制的功能。
[0025]作為具備無電容器構成的逆變器電路4的以往的電力變換裝置的構成，一般是在逆變器電路4的輸入側，即在二極管整流電路2的后段只具備高頻噪聲抑制用的緩沖電容器5的構成，其中，上述無電容器構成是指在輸入側不具有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的構成。在本實施方式中，構成為將變阻器6與緩沖電容器5并聯(lián)連接。
[0026]圖2是表示不具備變阻器的以往構成中的電源接通后的直流母線電壓波形的一個例子的圖。在圖2中，橫軸表示時間，縱軸表示直流母線電壓的電壓值。
[0027]一般，由于在交流電源I與二極管整流器2之間存在由布線、基板圖案(pattern)引起的線路阻抗12 (參照圖1)，所以如果在圖2所示的t0接通(on)圖1所示的斷路器3，開始向電力變換裝置8供給來自交流電源I的三相交流電,則能量(energy)流入該線路阻抗12所含的電感(inductance)分量Le,如圖2所示,直流母線電壓波形中產生比穩(wěn)定時的直流母線電壓值Vd大的Le Xdi / dt的浪涌電壓，與該浪涌電壓的大小對應的浪涌電流流入緩沖電容器5以及逆變器電路4。
[0028]另外，在使斷路器3斷開(off)而停止將來自交流電源I的三相交流電向電力變換裝置8供給的情況下，也產生同樣的浪涌電壓、浪涌電流。
[0029]因此，作為緩沖電容器5、構成后段的逆變器電路4的半導體開關元件7a、7b、7c、7d、7e、7f，需要采用具有能夠承受開始供給或者停止供給該交流電源I時的浪涌電壓、浪涌電流的耐電壓值、耐電流值的部件。即，需要穩(wěn)定動作時所需的規(guī)格(spec i f i cat ion )以上的部件，導致電力變換裝置以及組裝該電力變換裝置的設備的成本增加、大型化。
[0030]圖3是表示實施方式涉及的電力變換裝置中的電源接通后的直流母線電壓波形的一個例子的圖。在圖3 中，橫軸表示時間，縱軸表示直流母線電壓的電壓值。在圖3中，也與圖2同樣，表示了在t0使圖1所示的斷路器3接通的例子。
[0031]在圖1所示的本實施方式涉及的電力變換裝置8中，如上所述，構成為將變阻器6與緩沖電容器5并聯(lián)連接，抑制交流電源I開始供給時或者供給停止時的浪涌電壓，由變阻器6吸收與該浪涌電壓的產生相伴的浪涌電流。
[0032]圖4是表示變阻器的電壓/電流特性的圖。在圖4中，橫軸表示變阻器的端子間的電壓，縱軸表示變阻器中流過的電流。變阻器具有圖4所示那樣的非直線性電阻特性，如果變阻器被施加流過的電流為規(guī)定值Il (在圖3所示的例子中，Il = ImA)以上的變阻器電壓Vl以上的電壓，則端子間的阻抗急劇降低。
[0033]即，如上所述，構成為變阻器6與緩沖電容器5并聯(lián)連接，作為該變阻器6的特性，上述的變阻器電壓Vl為超過穩(wěn)定時的直流母線電壓值Vd的值，通過將作為電力變換裝置8可設想的浪涌電壓作為能夠允許的浪涌耐量，能夠抑制因線路阻抗12所含的電感分量Le引起并在電源接通后產生的LeXdi / dt的浪涌電壓，能夠防止向緩沖電容器5以及逆變器電路4流入過大的浪涌電流。
[0034]通過這樣的構成，由于作為緩沖電容器5、構成后段的逆變器電路4的半導體開關元件7&、713、7(3、7(1、76、7￡，不需要采用具有能夠承受交流電源I開始供給時或者供給停止時等的浪涌電壓、浪涌電流的耐電壓值、耐電流值的部件，所以能夠實現(xiàn)電力變換裝置8的低成本化、小型化以及組裝該電力變換裝置8的設備的低成本化、小型化。
[0035]另一方面，在具備無電容器構成的逆變器電路4的構成中，由于交流電源I的輸出電壓而無法除去在被二極管整流電路2全波整流后的直流電壓中產生的波動，所以包含交流電源I的脈動的直流電壓被供給至后段的逆變器電路4，其中，上述無電容器構成是指在輸入側不具有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的構成。
[0036]圖5是表不二極管整流電路的輸出電壓波形的一個例子的圖。在圖5中,橫軸表示時間，縱軸表示直流母線電壓的電壓值。圖5所示的直流母線電壓的變動量無助于向電動機(交流負載)11供給的供給電力。即，由于從逆變器電路4能夠對電動機(交流負載)11施加的電壓值成為不包含從圖5所示的Vdl到Vd的變動量的電壓值Vdl為止(虛線箭頭)，所以電壓利用率降低。
[0037]因此，在輸入側不具有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的無電容器構成的逆變器電路4中， 為了獲得與在輸入側具有平滑用電容器的逆變器電路等同的輸出，為了彌補電壓利用率的降低需要在逆變器電路4中流過更多的電流。因此，構成逆變器電路4的各半導體開關元件7a、7b、7c、7d、7e、7f中流過的電流變多，作為逆變器電路4的損失增加，并且各半導體開關元件7a、7b、7c、7d、7e、7f的發(fā)熱變大。
[0038]因此，在本實施方式中，如上所述，作為構成逆變器電路4的各半導體開關元件7a、7b、7c、7d、7e、7f，使用了由WBG半導體形成的開關元件。
[0039]由WBG半導體形成的開關元件與由硅(silicon) (Si)系半導體形成的開關元件相比，由于具有開關速度快、開關損失小的特性，所以可降低逆變器電路4的損失，能夠實現(xiàn)高效率化。
[0040]另外，由于由WBG半導體形成的開關元件和由Si系半導體形成的開關元件相比耐熱性也較高，所以能夠刪除散熱機構或者能夠小型化，因此能夠實現(xiàn)逆變器電路4的小型化、電力變換裝置8的小型化以及組裝該電力變換裝置8的設備的進一步小型化、低成本化。
[0041]如以上說明那樣，根據(jù)實施方式的電力變換裝置，在具備無電容器構成的逆變器電路的構成中，其中，上述無電容器構成是指在輸入側沒有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的構成，由于將浪涌電流吸收用的變阻器與緩沖電容器以及逆變器電路的輸入側并聯(lián)連接，所以能夠抑制電源接通時或者電源切斷時等在緩沖電容器、構成逆變器電路的半導體開關元件中流過浪涌電流，能夠減小緩沖電容器、半導體開關元件的耐電壓值、耐電流值，因此能夠實現(xiàn)電力變換裝置的低成本化、小型化以及組裝該電力變換裝置的設備的低成本化、小型化。
[0042]另外，作為構成逆變器電路的各半導體開關元件，通過使用與由Si系半導體形成的開關元件相比由開關損失小且耐熱性也高的WBG半導體形成的開關元件，能夠降低逆變器電路的損失而實現(xiàn)高效率化，并且實現(xiàn)逆變器電路、電力變換裝置的進一步小型化以及組裝該電力變換裝置的設備的進一步小型化、低成本化。
[0043]此外，在上述的實施方式中，表示了將浪涌電流吸收用的變阻器與緩沖電容器以及逆變器電路的輸入側并聯(lián)連接來抑制在緩沖電容器、構成逆變器電路的半導體開關元件中流過浪涌電流的例子，但當然也可以取代該變阻器而使用能夠與變阻器同樣地吸收浪涌電流的其他浪涌電流吸收元件，能夠獲得與實施方式同樣的效果。
[0044]另外，使用由在上述實施方式中說明的WBG半導體構成的開關元件帶來的效果并不限定于上述的效果。
[0045]例如，由于由WBG半導體構成的開關元件、逆流防止元件的耐電壓性高、允許電流密度也高，所以能夠實現(xiàn)開關元件、逆流防止元件的進一步小型化，作為構成逆變器電路的各半導體開關元件，通過使用這些小型化的開關元件，能夠實現(xiàn)逆變器電路、電力變換裝置的進一步小型化。
[0046]另外，以上的實施方式所示的構成只是本實用新型的構成的一個例子，也可以與其他的公知技術進行組合，在不脫離本實用新型主旨的范圍當然也可以省略一部分等來進行變更而構成。
[0047]【產業(yè)上的可利用性】
[0048]如上所示，本 實用新型涉及的電力變換裝置對具備無電容器構成的逆變器電路的構成是有用的，其中，上述無電容器構成是指在輸入側沒有由大容量的電解電容器等構成的平滑用電容器的構成，尤其適合作為對組裝該電力變換裝置的設備的小型化、低成本化加以實現(xiàn)的技術。
【權利要求】
1.一種電力變換裝置，具備在輸入側不具有平滑用電容器的構成的逆變器電路，所述電力變換裝置的特征在于，具備: 二極管整流電路，對從交流電源供給的交流電進行整流； 所述逆變器電路，與所述二極管整流電路的后段連接； 高頻噪聲抑制用的緩沖電容器，與所述逆變器電路的輸入側并聯(lián)連接；以及 浪涌電流吸收元件，與所述緩沖電容器并聯(lián)連接。
2.一種電力變換裝置，具備在輸入側不具有平滑用電容器并由半導體開關元件構成的逆變器電路，所述半導體開關元件由寬帶隙半導體形成，所述電力變換裝置的特征在于，具備: 二極管整流電路，對從交流電源供給的交流電進行整流； 所述逆變器電路，與所述二極管整流電路的后段連接； 高頻噪聲抑制用的緩沖電容器，與所述逆變器電路的輸入側并聯(lián)連接；以及 浪涌電流吸收元件，與所述緩沖電容器并聯(lián)連接。
【文檔編號】H02M5/458GK203761272SQ201420060774
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月10日 優(yōu)先權日:2013年2月21日
【發(fā)明者】一木智, 齋藤勝彥 申請人:三菱電機株式會社