專利名稱：把電力在直流和交流之間進行變換的電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對諸如使用自滅弧開關(guān)元件的逆變裝置等的電力變換裝置中的主電路結(jié)構(gòu)的改進。
以前，在如下的專利申請中揭示了把緩沖器電路結(jié)構(gòu)提供給到具有較大容量的逆變裝置的自滅弧開關(guān)元件(1)日本實用新型申請公開No.59-149489，(2)日本實用新型專利申請公開No.61-156490，(3)日本實用新型申請公開No.62-41389，(4)日本專利申請公開No.62-217864，(5)日本專利申請公開No.5-284731。即，把電容器和二極管的串聯(lián)體并聯(lián)到開關(guān)元件上，并把一電阻器連接到該電容器和該二極管的連接點相對側(cè)的直流線之間來構(gòu)成緩沖器電路。有了此緩沖器電路，用電容器可以吸收開關(guān)元件斷開時產(chǎn)生的浪涌(surge)能量，由電阻器消耗被吸收的浪涌能量，這就是所謂的極化緩沖器電路。
在上述傳統(tǒng)的技術(shù)中，在開關(guān)元件斷開時所產(chǎn)生的所有的浪涌能量都必須由極化緩沖器電路中的電容器來吸收。因此，存在的缺點是電容器的電容量變得較大，消耗所吸收的能量的電阻的容量也變得較大。
本發(fā)明的目的在于用減小緩沖器容量實現(xiàn)諸如逆變裝置的小型的電力變換裝置和緩沖器。
逆變裝置包含每相的正臂和負臂連接到直流電源上的自滅弧開關(guān)元件，逆變器把直流電力轉(zhuǎn)換成變壓變頻的交流電力，極化緩沖器包含并聯(lián)到每條臂中的自滅弧開關(guān)元件上的第一電容器和二極管的串聯(lián)體和連接在第一電容器與二極管的串接點相對側(cè)的直流電源線之間的電阻器，本發(fā)明的一個方面的特征在于，在這種逆變裝置中，把第二電容器并聯(lián)到直流電源的正極線和負極線之間，以跨接各相的串接的正臂和負臂。
在另一個方面，本發(fā)明的特征在于把同一相的電容器和二極管的第一串聯(lián)體與第二電容器裝在一個外殼中。
在極化緩沖器中加入了第二電容器后，第一和第二電容器共同吸收在開關(guān)元件斷開時產(chǎn)生的浪涌能量，所以能減小極化緩沖器的容量。在這種情況下，為了增加容量，獨立地連接和布置第一和第二電容器比僅簡單地增加第一電容器的數(shù)量來得更好。因為，在獨立地布置的情況下，可以縮短從開關(guān)元件到電容器布線距離，可以有效地減小緩沖器電路中各元件的容量。因此，可以縮小裝置的體積，減輕重量。
另外，把第一電容器、二極管和第二電容器裝在一個外殼中形成一個模塊，可以使開關(guān)元件和緩沖器電路之間的布線距離最短。因此，能有效地降低緩沖器電路元件的容量。


圖1示出了本發(fā)明的逆變器電路的一個實施例。
圖2本發(fā)明的緩沖器模塊的透視圖。
圖3是本發(fā)明的逆變裝置的一個實施例的平面圖。
圖4是本發(fā)明的逆變裝置的一個實施例的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)明的逆變裝置的一個實施例的正視圖。
圖1示出了本發(fā)明的逆變器電路的一個實施例。
直流電源1，2通過平滑電容器3向逆變器4提供直流電力。逆變器4把直流轉(zhuǎn)換成變壓變頻(VVVF)的交流電，提供給三相異步電動機5。異步電動機5能過齒輪箱6使滑輪7轉(zhuǎn)動，以驅(qū)動電梯轎廂8和配重9上下。
逆變器的每相帶有自滅弧開關(guān)元件，如自滅弧開關(guān)元件(IGBT)101-106，逆變器的每相還有正臂和負臂。這些IGBT由門信號產(chǎn)生電路11進行PWM控制。
自滅弧開關(guān)元件需要一個緩沖器來吸收自滅弧(斷開)時的能量。與現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)一樣，電容器201-206和二極管301-306的串聯(lián)體分別并聯(lián)到自滅弧開關(guān)元件(IGBT)101-106上。這些串聯(lián)體的串接點分別通過電阻401-406連接到直流電源線N或P上。
而且，在本發(fā)明的這一實施例中，為各相而設(shè)置的第二電容器501-503連接到直流電源的正極線和負極線P和N之間，以并聯(lián)地跨接各相串接的正臂和負臂。
下面以U相作為例子來描述緩沖器的功能。
現(xiàn)在假定這樣一種情況，開關(guān)元件101在開關(guān)元件101處于生弧狀態(tài)和開關(guān)元件102處于滅弧狀態(tài)的條件下進行滅弧。開關(guān)元件101內(nèi)的電流被快速切斷，在開關(guān)元件101的兩端產(chǎn)生浪涌電壓。然后，相同的電壓被施加到電容器201和二極管301的串聯(lián)體上，二極管301立即導(dǎo)通以吸收電容器201內(nèi)的浪涌能量。即，電容器201以圖中+、-所示的方向進行充電。然后，當(dāng)開關(guān)元件101再次接通時，以這種方式被吸收的能量流過這樣一條路線而被消耗，電容器201(+)→直流線P→IGBT101→交流線U→異步電動機5→交流線V→IGBT104(或者，交流線W→IGBT106)→直流線N→電阻器401→電容器201(-)。
同樣，開關(guān)元件102在開關(guān)元件101處于生弧狀態(tài)和開關(guān)元件102處于滅弧狀態(tài)的條件下進行滅弧時，開關(guān)元件102內(nèi)的電流被快速切斷，而在開關(guān)元件102的兩端產(chǎn)生浪涌電壓。然后，相同的電壓被施加到電容器202和二極管302的串聯(lián)體上，二極管302立即導(dǎo)通以吸收電容器202內(nèi)的浪涌能量。即，電容器202以圖中+、-所示的方向進行充電。然后，當(dāng)開關(guān)元件102再次接通時，以這種方式吸收的能量流過這樣一條路線而被消耗，電容器202(+)→電阻器402→直流線P→IGBT103→交流線V(或者，IGBT105→交流線W)→異步電動機5→交流線U→IGBT102→直流線N→電容器202(-)。
在上面這種情況下，當(dāng)電容器201或202的充電電壓超過電源電壓時，在這兩種情況之一發(fā)生的同時，在電容器501內(nèi)吸收浪涌能量。然后，把能量返回給電源或消耗在整個電路線路中。即，電容器501通過電容器201(+)→電容器501→直流線N→電阻器401→電容器201(-)來吸收超過直流源1、2的電源電壓的電容器201的電荷。另一方面，電容器501通過電容器202(+)→電阻器402→直流線P→電容器501→電容器202(-)來吸收超過直流源1、2的電源電壓的電容器202的電荷。
然后，吸收在電容器501內(nèi)的能量在直流電源側(cè)的平滑電容器3與分布在整個電路布線內(nèi)的線路所包含的電感之間進行振蕩，被消耗而消失。
在這種結(jié)構(gòu)中，不僅能使電容器201、202的容量對應(yīng)于電容器501吸收的能量的量而減少，而且由于電容器201、202的電容量的減小而使流入的能量減少，還能減小二極管301、302的容量。而且，由于待消耗的能量的減少，還能減小電阻器401、402的容量。
圖2是緩沖器模塊601的透視圖，在該模塊中，電容器201、202、501和二極管301、302被裝在一個外殼中。模塊601具有連接到電阻器上的端子741、751以及如圖1所示的直流端子711、721和交流端子731。以這種方式使元件之間的布線距離減至最小，能降低布線電感，使電容器501有效地吸收能量，因此能進一步減小每個元件的容量。
圖3至圖5是圖1所示的逆變器結(jié)構(gòu)的平面圖、側(cè)視圖和正視圖。
IGBT模塊81至83帶有間隔地固定安裝到散熱片80上。而且，把緩沖器模塊601至603分別安裝到IGBT模塊81至83上。更具體地說，把緩沖器模塊601至603的三個端子，即，直流端子711、721和交流端子731用作固定用的螺孔。這樣做，可以使各開關(guān)元件之間的布線距離最短，可以減小緩沖器的容量和體積。
把緩沖器電阻器401-406一起放在電阻器箱84內(nèi)，并單獨進行冷卻。
根據(jù)本發(fā)明，可以減小緩沖器裝置的容量，并能縮小諸如逆變器等的電力變換裝置的主電路的體積。
權(quán)利要求
1.一種在直流與交流之間進行電力變換的電力變換裝置，其具有自滅弧型的開關(guān)元件的兩條臂串聯(lián)在各相的直流線之間，該串聯(lián)接點用作交流端子，其特征在于所述電力變換裝置包含并聯(lián)到各所述自滅弧開關(guān)元件上的電容器；和并聯(lián)在各相的所述直流線上的電容器。
2.一種在直流與交流之間進行電力變換的電力變換裝置，其具有自滅弧型的開關(guān)元件的兩條臂串聯(lián)在各相的直流線之間，該串聯(lián)接點用作交流端子，其特征在于所述電力變換裝置包含并聯(lián)到各所述臂上的電容器；和并聯(lián)在各相的所述直流線上的電容器。
3.一種在直流與交流之間進行電力變換的電力變換裝置，其具有自滅弧型的開關(guān)元件的兩條臂串聯(lián)在各相的直流線之間，該串聯(lián)接點用作交流端子，其特征在于所述電力變換裝置包含并聯(lián)到各所述臂上的緩沖器；和并聯(lián)到各相的所述直流線上的電容器。
4.一種把直流電源轉(zhuǎn)變成變壓變頻的交流電源的電力變換裝置，其具有自滅弧型的開關(guān)元件的兩條臂串聯(lián)在各相的直流線之間，該串聯(lián)接點用作交流端子，其特征在于所述電力變換裝置包含并聯(lián)到各臂內(nèi)的自滅弧元件上電容器和二極管的串聯(lián)體；連接在電容器和二極管的串聯(lián)接點和與串聯(lián)接點相對側(cè)的所述直流電源線之間的電阻器；和并聯(lián)在所述直流線之間的、以跨接各相串接的正臂和負臂的第二電容器。
5.一種把直流電源轉(zhuǎn)變成變壓變頻的交流電源的電力變換裝置，其具有自滅弧型的開關(guān)元件的兩條臂串聯(lián)在各相的直流線之間，該串聯(lián)接點用作交流端子，其特征在于所述電力變換裝置包含并聯(lián)到各臂內(nèi)的自滅弧元件上的極化緩沖器；和并聯(lián)在所述直流線之間的、以跨接各相串接的正臂和負臂的第二電容器。
6.一種把直流電源變換成變壓變頻的交流電源的電力變換裝置，其具有自滅弧型的開關(guān)元件的兩條臂串聯(lián)在各相的直流線之間，該串聯(lián)接點用作交流端子，其特征在于所述電力變換裝置包含連接在并聯(lián)到各所述臂內(nèi)的自滅弧元件上的電容器和二極管的第一串接體與連接在電容器和二極管的第一串接點與串接點的相對側(cè)的所述直流電源線之間的電阻器之間的電阻器；并聯(lián)在所述直流線之間的、以跨接各相的串接的正臂和負臂的第二電容器；和把同一相的兩組所述電容器和二極管的第一串接體和所述第二電容器裝在一起的外殼。
7.一種把直流電源變換成變壓變頻的交流電源的電力變換裝置，其具有自滅弧型的開關(guān)元件的兩條臂串聯(lián)在各相的直流線之間，該串聯(lián)接點用作交流端子，其特征在于所述電力變換裝置包含包含一電容器的極化緩沖器電路，該極化緩沖器電路并聯(lián)到每相的自滅弧元件上；并聯(lián)在所述直流線之間的、以跨接各相的串接的正臂和負臂的第二電容器；和把同一相的所述極化緩沖器電路內(nèi)的所述電容器與所述第二電容器裝在一起的外殼。
8.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，進一步包含由第一電容器、第一二極管、第二二極管和第二電容器構(gòu)成的緩沖器和并聯(lián)到串聯(lián)體上的第三電容器。
9.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，進一步包含由第一電容器、第一二極管、第二二極管、第二電容器構(gòu)成的串接體；并聯(lián)到串接體上的第三電容器和把串接體與第三電容器裝在一起的外殼，所述串接體的兩個端子與每個串接體的三個連接點的端子作為連接端子引出外殼。
10.一種把直流電力變換成變壓變頻的交流電源的電力變換裝置，其具有自滅弧型的開關(guān)元件的兩條臂串聯(lián)在各相的直流線之間，該串聯(lián)接點用作交流端子，其特征在于所述變換裝置包含連接到各臂內(nèi)的自滅弧元件上的緩沖器；裝入同相的所述兩組自滅弧開關(guān)元件的第一外殼；安裝所述三相的第一外殼的散熱片；并聯(lián)在所述直流電源線之間的、以跨接各相的串接的正臂和負臂的第二電容器；和把一相的所述緩沖器和所述第二電容器裝在一起的第二外殼，第二外殼安裝在所述相應(yīng)的第一外殼上。
11.如權(quán)利要求10所述的電力變換裝置，其特征在于，包含裝入三組電阻器的第三外殼，每組電阻器連接到每相的第二外殼。
全文摘要
把極化緩沖器電路內(nèi)的電容器和二極管和在每相的直流端之間增加的電容器裝在一個外殼內(nèi)，以盡可能地縮短元件之間的布線距離，從而通過減小緩沖器裝置的容量來縮小逆變器主電路的體積。
文檔編號H02M7/5387GK1135115SQ9610412
公開日1996年11月6日 申請日期1996年3月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月10日
發(fā)明者畑孝生, 梶山俊貴, 三根俊介 申請人:株式會社日立制作所