JPH05207746A - インバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】平滑用のコンデンサユニットの容量と外形を減
らし、寿命の長いインバータを得ること。 【構成】平滑用のコンデンサ群でなるコンデンサユニッ
ト13を上下に多段に筐体12に収納する。コンデンサユニ
ット13の背部に正極バスバー８Ａ，８Ｃと負極バスバー
９Ａを立設し、コンデンサユニット13の正極端子を正極
バスバー８Ｃに接続し、コンデンサユニット13の負極端
子を負極バスバー９Ａに接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直列、並列及び直並列接
続された複数の平滑コンデンサを接続する配線のインダ
クタンスと、電流のアンバランスを減らしたインバータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６（ａ）は、従来から最も多く採用さ
れている三相電圧形トランジスタインバータの主回路接
続図を示し、交流電源１から整流器ブリッジ２を介して
得られた直流電力の脈動をリアクトル３とその負荷側の
ヒューズ５に直列に接続された電解コンデンサ４（以
下、コンデンサという）で平滑にして、トランジスタ６
でブリッジに構成されたインバータ７で交流の出力を得
て負荷20に電力を供給する。

【０００３】このように構成されたインバータでは、コ
ンデンサ４を含む回路の浮遊インダクタンスに蓄積され
たエネルギーは、トランジスタ６のスイッチオフ時にス
パイク電圧として、トランジスタ６に印加される。この
スパイク電圧を抑制するためには、コンデンサ４から負
荷側の配線の浮遊インダクタンスを極力減らす必要があ
る。また、大容量になればなるほど、複数個並列に接続
されたコンデンサ４の電流の不平衡が、コンデンサ４の
寿命に大きく影響するので、この不平衡の低減がこのイ
ンバータでは重要となる。この配線の浮遊インダクタン
スと電流の不平衡を減らすために、従来から種々の対策
が採られている。以下、説明する。

【０００４】図６に示すインバータ回路のＵ相とＺ相の
トランジスタ６がオンしていて、他のトランジスタ６が
オフ状態のとき、交流から整流器ブリッジ２で変換さ
れ、リアクトル３とコンデンサ４で平滑にされた直流
は、正極母線８、Ｕ相のトランジスタ６、負荷の図示し
ないＵ相からＶ相、Ｚ相のトランジスタ６、負極母線９
を経て、直流電源となる整流器ブリッジ２に還流する。
この正極母線８と負極母線９は、近接または撚り合わさ
れ、電流で発生する磁束を互いに打ち消すようにして、
配線の浮遊インダクタンスの低減が図られている。

【０００５】一方、複数個で構成されるコンデンサ４の
配置は、並列接続の場合を例にとると、図７に示すよう
に、単位コンデンサ４ａを端子部を上方にして並べ、負
極側の引き出しの電線10ａを正極バスバー８ａと負極バ
スバー９ａ間に接続し、このバスバー８ａ，９ａと電線
10ａを流れる電流の向きが矢印Ａ，Ｂ，Ｃのように反対
になるように配置し、この組み合わせでなるコンデンサ
４をインバータ７に近接配置し、正極母線８と負極母線
９に接続している。

【０００６】このように構成されたインバータにおいて
は、50ｋＶＡ級以下の比較的小容量のインバータでは、
単位コンデンサの容量は小さく、数も少なく、図７の構
成での直並列組み合わせでインバータの近傍に容易に配
置でき、コンデンサ４とインバータ７の間の配線インダ
クタンスと各コンデンサに流れる電流の不平衡を減らす
ことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、インバータ
の容量の増加に伴い、コンデンサの容量と数量が増え、
必然的にインバータ７からの配置が遠くなり、配線が長
くなる。また、複数台のインバータに電源を供給する共
通電源方式のときには、コンデンサの容量、数量とも増
え、複数台の筐体にコンデンサだけを収納せざるを得な
くなって、正極母線８と負極母線９への接続バスバーが
長くなる。

【０００８】例えば、複数台のインバータの総容量が10
00ｋＶＡ級になると、直並列に接続する 10000μＦのコ
ンデンサが約 100個程度必要になり、図７に示すよう
に、単位コンデンサ４ａを複数個直並列に接続した複数
のユニット11を、筐体12に上下多段に収納し、電線10で
正極母線８と負極母線９に接続する。すると、上段の単
位コンデンサ４ａになるに従い電線10は長くなり、ユニ
ット数も増えるので、各ユニット11の配線の長さが異な
り、そのインダクタンスも異なってくる。

【０００９】したがって、各ユニット11の単位コンデン
サ４ａに流れる電流は異なり、電源母線側に近い下段の
単位コンデンサ４ａには多く流れて、そのコンデンサが
過熱し、寿命が低下する。そのために、あらかじめ不平
衡分を考慮して、コンデンサの直並列数や単位コンデン
サの容量を増やさなければならなくなって、筐体の外形
が大きくなる。また、インバータの容量が大きくなれば
なるほど、コンデンサの容量も必然的に増え、直並列数
も増え、配線が複雑になるので、電流の不平衡の低減と
低インダクタンス化は更に困難になる。

【００１０】そこで、第１，第２及び第３の発明の目的
は、平滑用のコンデンサユニットの配線のインダクタン
スを減らし、単位コンデンサに流れる電流の不平衡を減
らし、小形で寿命の低下を防ぐことのできるインバータ
を得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、スイッチ
ング素子が接続された主回路に複数のコンデンサでなる
平滑コンデンサが接続されたインバータにおいて、コン
デンサ群を上下多段に収納し、コンデンサ群の一側にこ
のコンデンサ群を主回路に接続し平行に配設された複数
の縦母線を設けたことを特徴とする。

【００１２】また、第２の発明は、スイッチング素子が
接続された主回路に複数のコンデンサでなる平滑コンデ
ンサが接続されたインバータにおいて、コンデンサ群を
上下多段に収納し、コンデンサ群の一側にこのコンデン
サ群を主回路に接続し平行に配設された複数の縦母線を
設けるとともに、複数の縦母線を、コンデンサ群の片側
に接続された第１の縦母線と、コンデンサ群の他側に接
続された第２の縦母線と、この第２の縦母線の一端に接
続され第１及び第２の縦母線の間に設けられた第３の縦
母線で構成したことを特徴とする。

【００１３】さらに、第３の発明は、スイッチング素子
が接続された主回路に複数のコンデンサでなる平滑コン
デンサが接続されたインバータにおいて、コンデンサ群
を上下多段に収納し、コンデンサ群の一側にこのコンデ
ンサ群を主回路に接続し平行に配設された複数の縦母線
を設けるとともに、コンデンサ群の後部に、複数の縦母
線に接離する接続断路部を設けたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】第１及び第２の発明においては、複数の縦母線
を流れる電流の向きは逆となり、この電流で発生する磁
束も方向が逆となって、互いに打ち消される。また、第
３の発明においては、第１，第２の発明と同様に、複数
の縦母線に流れる電流の向きは逆となり、この電流で発
生する磁束も方向が逆となって、互いに打ち消されると
ともに、コンデンサ群は、箱体の前面からの操作によっ
て接続断路部で接離する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明のインバータの一実施例をトラ
ンジスタインバータの例で詳細に説明する。図１は本発
明のインバータに使われるコンデンサ４の１台のユニッ
ト13の接続図で、短絡事故が発生したときの回路を切り
離してコンデンサの爆発を防ぐヒューズ５を介して単位
コンデンサ４ａが４個直列に接続したものを４組並列に
接続された構成である。図２はこのユニット13の接続構
成を示し、図３はこのユニット13が筐体12に収納された
状態を示す正面図である。

【００１６】図２において、ユニット13の内部には、左
右の４個を直列にしたコンデンサ４ａ群が前後方向に４
列に配置してある。各コンデンサ４ａの正極と負極の向
きを揃え、各コンデンサ４ａ間に通風孔13ａを設けた床
板13Ａに縦横各４列に配置し、隣接するコンデンサ４ａ
の正極と負極間を短冊状のバスバー８ａで接続し、左端
のコンデンサの負極側から引き出す電線10をバスバー８
ａに接近させて配線し、図示しない電線支えで固定して
いる。このように構成した一列のコンデンサ４ａ群を４
個並列に接続するための配線は、ヒューズ５と中継端子
14を介しユニット13の端子部15まで、インダクタンスと
電流の不平衡を減らすため、正極，負極の電線10を右側
ではツイストにし、各列の配線長さを同一にして最短で
配線している。

【００１７】なお、ヒューズ５は、ユニット13の前面の
扉を開くと見える位置に配置し、事故時のヒューズ５の
溶断を示すトリガの確認が容易になっている。ユニット
13の端子部15まで若干遠い配線になるが、本ユニット内
での配線インダクタンスは、ユニット13を並列接続する
ことから、総インダクタンスは低減でき、大きく影響す
ることはない。

【００１８】ユニット13の後部には、銅合金でチューリ
ップ状の板ばねで接触圧力を保つ接触子を備えた断路接
続部15が取り付けられている。このように構成されたユ
ニットは、図２の正面図を示す図３に示すように、複数
個多段（図３では５段）に筐体12の内部に収納されてお
り、また、保守点検時の着脱を容易にするために筐体12
の左右の内面に引出機構16を備えている。

【００１９】図３と図２のＸ−Ｘ断面図を示す図４に示
すように、筐体12の下部の後部に順変換用の整流器ブリ
ッジ２とインバータ７に接続する正極、負極間を隣接、
絶縁した母線８，９を横に配置し、筐体12の後部中央か
ら上方に正極バスバー８Ａ、負極バスバー９Ａを立ち上
げ、正極側については、最上部スペーサ８Ｂを介して正
極バスバー８Ｃの上端と接続して、逆Ｕ字状の電路を形
成している。

【００２０】正極バスバー８Ａ，８Ｃと負極バスバー９
Ａ間は、絶縁板17を挿入し、各バス間の距離を最小にし
ている。このように構成したコンデンサユニットの電流
の流れは、図５に示すように、順変換用の整流器ブリッ
ジ２で得られた直流電流が、矢印Ｄ，Ｅ，Ｆに示すよう
に、筐体12の下部正極バスバー８から筐体12の中央部に
接続した正極バスバー８Ａ、スペーサ８Ｂ、正極バスバ
ー８Ｃ、ユニット13、負極バスバー９Ａを経て、筐体下
部の負極バスバー９へと流れる。正極バスバー８Ｃと負
極バスバー９Ａからは、ユニット13に対向する位置に端
子部８Ｃａと端子部９Ａａをろう付けで取り付けでお
り、コンデンサユニットの後方に設けた断路接続部15と
嵌合し接続されている。したがってこのコンデンサ盤
は、ユニット13を前方へ引き出すことができ、前面から
保守・点検できる前面保守形である。

【００２１】このコンデンサ盤の冷却方法は、図３に示
すように筐体12の天井部に設けた冷却ファン18で、扉下
部の図示しない通気孔からユニット13の床板13Ａの通風
孔13ａを上昇した冷却空気を天井から上方に排出する。

【００２２】なお、上記実施例においては、ヒューズ５
をユニット13の右側に設けた例で説明したが、低インダ
クタンス化を図るために、ヒューズ５をユニット13の後
方に配置し、ヒューズ５の溶断の確認は、ヒューズ５の
溶断検出用マイクロスイッチを介し、ユニット13の正面
側にＬＥＤなどを設けて表示してもよい。

【００２３】この結果、このように構成されたインバー
タにおいては、 (1) コンデンサの直並列接続を、各バスバーで発生する
磁束が図５の矢印Ｄ，Ｅ，Ｆのように互いに打ち消し合
う方向に配置可能となり、配線インダクタンスを減らす
ことができる。 (2) 各コンデンサユニットの電流路の長さを等しくする
ことができるので、各コンデンサに流れる電流の不平衡
を減らすことができる。 (3) 各コンデンサに流れる電流の不平衡を減らしたの
で、あらかじめアンバランスに備えてコンデンサの容量
を増やしたり、並列数を増やす必要がなく、実装スペー
スが減り、小形化されたコンデンサユニットを得ること
ができる。 (4) コンデンサとバスバーの接続をコンデンサユニット
の後部の断路接続部で行い、前面保守形にしたので、保
守が容易となる。

【００２４】

【発明の効果】以上、第１の発明によれば、スイッチン
グ素子が接続された主回路に複数のコンデンサでなる平
滑コンデンサが接続されたインバータにおいて、コンデ
ンサ群を上下多段に収納し、コンデンサ群の一側にこの
コンデンサ群を主回路に接続し平行に配設された複数の
縦母線を設けることで、複数の縦母線を流れる電流の向
きとこの電流で発生する磁束の向きを逆にして、リアク
タンスを減らし、各コンデンサに流れる電流の不平衡を
減らしたので、コンデンサの容量とユニットの外形を減
らし、寿命を延ばすことのできるインバータを得ること
ができる。

【００２５】また、第２の発明によれば、スイッチング
素子が接続された主回路に複数のコンデンサでなる平滑
コンデンサが接続されたインバータにおいて、コンデン
サ群を上下多段に収納し、コンデンサ群の一側にこのコ
ンデンサ群を主回路に接続し平行に配設された複数の縦
母線を設けるとともに、この複数の縦母線を、コンデン
サ群の片側に接続された第１の縦母線と、コンデンサ群
の他側に接続された第２の縦母線と、この第２の縦母線
の一端に接続され第１及び第２の縦母線の間に設けられ
た第３の縦母線で構成することで、第１及び第３の縦母
線に流れる電流の和と第２の縦母線に流れる電流を、値
が同じく方向が逆となるようにし、これらの電流で発生
する磁束を互いに打ち消し合うよにして、リアクタンス
を減らし、各コンデンサに流れる電流の不平衡を減らし
たので、コンデンサの容量と外形を減らし、寿命を延ば
すことのできるインバータを得ることができる。

【００２６】さらに、第３の発明によれば、スイッチン
グ素子が接続された主回路に複数のコンデンサでなる平
滑コンデンサが接続されたインバータにおいて、コンデ
ンサ群を上下多段に収納し、コンデンサ群の一側にこの
コンデンサ群を主回路に接続し平行に配設された複数の
縦母線を設けるとともに、コンデンサ群の後部に、複数
の縦母線に接離する接続断路部を設けることで、複数の
縦母線を流れる電流の向きとこの電流で発生する磁束の
向きを逆にして、リアクタンスを減らし、各コンデンサ
に流れる不平衡を減らすとともに、コンデンサ群は、箱
体の前方からの操作によって、接続断路部で接離するの
で、ユニットの外形を減らし、保守点検が容易で、寿命
を延ばすことのできるインバータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータの一実施例を示す平滑コン
デンサの接続図。

【図２】本発明のインバータの一実施例を示すコンデン
サ箱の平面図。

【図３】図２の正面図。

【図４】図２のＸ−Ｘ断面図。

【図５】本発明のインバータの作用を示す接続図。

【図６】（ａ）はこの種インバータの主回路接続図、
（ｂ）は従来のインバータの平滑用コンデンサを構成す
るコンデンサ群の接続図。

【図７】従来のインバータのコンデンサ箱の接続を示す
説明図。

【符号の説明】

１…三相交流電源、２…整流器ブリッジ、３…リアクト
ル、４…電解コンデンサ、５…ヒューズ、６…スイッチ
ング素子としてのトランジスタ、７…インバータ、８…
正極母線、９…負極母線、10…電線、11，13…ユニッ
ト、12…筐体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング素子が接続された主回路に
   複数のコンデンサでなる平滑コンデンサが接続されたイ
   ンバータにおいて、前記コンデンサ群を上下多段に収納
   し、前記コンデンサ群の一側にこのコンデンサ群を前記
   主回路に接続し平行に配設された複数の縦母線を設けた
   ことを特徴とするインバータ。
2. 【請求項２】 複数の縦母線を、コンデンサ群の片側に
   接続された第１の縦母線と、前記コンデンサ群の他側に
   接続された第２の縦母線と、この第２の縦母線の一端に
   接続され前記第１及び第２の縦母線の間に設けられた第
   ３の縦母線で構成したことを特徴とする請求項１記載の
   インバータ。
3. 【請求項３】 コンデンサ群の後部に、複数の縦母線に
   接離する接続断路部を設けたことを特徴とする請求項１
   記載のインバータ。