JPH06245525A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH06245525A
JPH06245525A JP5023893A JP2389393A JPH06245525A JP H06245525 A JPH06245525 A JP H06245525A JP 5023893 A JP5023893 A JP 5023893A JP 2389393 A JP2389393 A JP 2389393A JP H06245525 A JPH06245525 A JP H06245525A
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JP
Japan
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converter
self
inverter
exciting
same
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JP5023893A
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English (en)
Inventor
Koichi Kaneko
宏一 金子
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、自励式コンバ―タ及び自励
式インバ―タで構成される電力変換装置において、コン
バ―タとインバ―タの構成要素が同一又は非常に近い構
成である場合、コンバ―タとインバ―タの発生損失の違
いを考慮して、コンバ―タとインバ―タの収納箱内配置
を最適にして小形化、省スペ―ス化を図った電力変換装
置を提供することにある。 【構成】 自励式コンバ―タの直流を交流に変換する自
励式インバ―タから成る電力変換装置において、前記自
励式コンバ―タ及び自励式インバ―タを同一箱体内に収
納し且つ前記収納箱体外より吸気した冷却風が前記自励
式インバ―タを冷却した後で前記自励式コンバ―タを冷
却して前記収納箱体外へ排出するように共通の冷却ファ
ンで冷却するようにしたことを特徴とする電力変換装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、同一箱体内に収納さ
れ、コンバ―タ及びインバ―タで構成される電力変換装
置に係り、特に小形化、省スペ―ス化、低価格化を図っ
た電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子を使用した電力変換装置は、
高性能半導体素子の開発、PWM制御技術の発展に伴な
い益々多く利用されて来ている。
【0003】電力変換装置は、無停電電源装置に代表さ
れるよう図5の如く商用電源1の交流を直流に変換する
コンバ―タ22と、直流を交流に変換するインバ―タ2
3を合せ持つ構成の装置が一般的であり、近年の技術進
歩により、インバ―タ部分のPWM化に加えてコンバ―
タ部分もPWM化の自励式コンバ―タで構成されること
が多くなってきている。
【0004】ここで、自励式コンバ―タを使用すること
の利点について簡単に説明すれば、一般のサイリスタ整
流器とは異り有効電力、無効電力を各々独立に制御で
き、入力力率1に制御すれば、電力変換装置としての必
要入力容量を最小限に抑えることが可能であり、又、自
励式コンバ―タを構成する半導体素子を所定のパルス幅
を持つパルス列とすれば、交流入力側に発生する高調波
電流を抑えることが可能となる点である。
【0005】又、欠点としては、コンバ―タに使用する
半導体素子を高調波でスイッチングさせる必要があるた
め、半導体素子から発生する損失が比較的大きく、損失
による発生熱を排出、冷却する必要がある点である。次
に、コンバ―タ、インバ―タで構成される従来の電力変
換装置の盤内構成を図4を用いて説明する。
【0006】同図において、1Aは半導体素子で構成さ
れ、交流電力を直流に変換する自励式コンバ―タを収納
する第1の収納箱体、1Bは半導体素子で構成され、直
流電力を交流に変換する自励式インバ―タを収納する第
2の収納箱体、2は自励式コンバ―タと自励式インバ―
タを合せ持つ電力変換装置である。又、3はコンバ―タ
用半導体スタック、6はインバ―タ用半導体スタックで
ある。インバ―タ用半導体スタック6を例にその冷却に
ついて説明する。
【0007】インバ―タ用半導体スタック6は、逆変換
を行なう半導体素子7が発生する熱損失を冷却する風冷
式ヒ―トシンク8から成り、装置上部に冷却ファン9B
が取付けられており、冷却風10は吸気孔11から吸気
し、ヒ―トシンク8、冷却ファン9Bを経由して電力変
換装置排気孔12Bから排気される。
【0008】同様にコンバ―タ用半導体スタック3も第
1の収納箱体1Aに収納され、別の冷却ファン9Aを用
いて冷却する以外はインバ―タ用半導体スタック6と同
じように冷却される。
【0009】ここで、PWMコンバ―タ、インバ―タの
回路構成を図2を用いて説明する。コンバ―タ、インバ
―タはトランジスタ等のスイッチング可能な半導体素子
101〜104とこれらの半導体素子101〜104に
それぞれ逆並列接続されるダオ―ド105〜108から
成る回路をブリッジ接続して、その交流側は交流リアク
トル109を介して図示しない交流電源に接続され、直
流側には大容量の電解コンデンサ110が接続されて構
成される電圧形の自励式コンバ―タ又はインバ―タであ
る。
【0010】即ち、コンバ―タとインバ―タの回路構成
はほとんど同じであるため、その容量が同じであればコ
ンバ―タとインバ―タは同一部品で構成されることが多
く、半導体スタックの構成としては同一のものとする方
か、スタックの構成の種類を増やさないなどの標準化の
観点において有利となる。
【0011】従って、コンバ―タとインバ―タの半導体
スタック3,6が同一の構造であれば、それを収納する
第1,第2の収納箱体1A,1B、冷却ファン9A,9
Bも同一のものとして第1の収納箱体1Aと第2の収納
箱体1Bを同一構造とする方が有利である。さてここ
て、同一容量のコンバ―タ、インバ―タ回路で発生する
損失について考えるために、半導体に流れる電流を説明
する。
【0012】図2をコンバ―タ回路と考えて、1ア―ム
に流れる電流をICON とすると、1サイクル当りの通電
電流は図3の如く表される。(但し、ここでは理解し易
くするためにPWM周波数を極端に低周波として表し
た)
【0013】図3の波形は、正側の電流がダイオ―ド1
05を流れる電流であり、負側の電流がトランジスタ1
01に流れる電流であり、制御量で異るが、通常のコン
バ―タ選定によれば、ダイオ―ド側に流れる電流がトラ
ンジスタに流れる電流より2倍程度大きいことが一般的
である。
【0014】半導体の損失は通電電流と半導体の電圧降
下の積で表されるが、ダイオ―ドの電圧降下は、トラン
ジスタ等のスイッチング素子と比較して低く、例えばス
イッチング素子が定格電流で3v程度の電圧降下に対し
て、ダイオ―ドでは1.5v程度と約1/2である。
【0015】次に、図2をインバ―タ回路と考えて、1
ア―ムに流れる電流をIINV とすると、1サイクル当り
の通電電流はコンバ―タと同様に図3となるが、今度
は、正側の電流がトランジスタ101に流れる電流であ
り、負側の電流がダイオ―ド105に流れる電流とな
り、コンバ―タとは逆になり、制御量と負荷力率で異る
が、通常のインバ―タ選定によれば、今度はトランジス
タ側に流れる電流がダイオ―ド側に流れる電流より2倍
程度大きいことが一般的である。
【0016】従って、コンバ―タとインバ―タには同じ
大きさの通電電流を流していることに拘らず、各々の発
生損失は異ることになる。つまり、コンバ―タでは、ダ
イオ―ド側に流る電流が多く、インバ―タではトランジ
スタ側に流れる電流が多くなるため、発生損失もコンバ
―タ側よりもインバ―タ側が2〜4割多くなる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】さて、このような構成
から成る電力変換装置において、コンバ―タ、インバ―
タの構成と、その冷却方法をまとめると、同一電流定格
のコンバ―タとインバ―タを合せ持つ電力変換装置の構
造としては、コンバ―タ又はインバ―タを構成する部品
はほぼ同じとなるため、そのハ―ド構成も同一となる
が、その冷却設計に関しては、発生損失の大きいインバ
―タに代表されて行われる。つまり、コンバ―タとイン
バ―タを同一構成とし、同一箱体に収納して冷却する場
合、コンバ―タ側の冷却には発生損失がインバ―タより
少ないので余裕のあるものとなまり、そのため電力変換
装置の小形化、設置面積、及び価格の点で不利な結果を
招いている。
【0018】本発明の目的は、前述の点に鑑みなされた
ものであり、コンバ―タ及びインバ―タで構成される電
力変換装置において、コンバ―タとインバ―タの構成要
素が同一又は非常に近い構成である場合、コンバ―タと
インバ―タの発生損失の違いを考慮して、コンバ―タと
インバ―タの収納箱内配置を最適にして小形化、省スペ
―ス化を図った電力変換装置を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すため
に、本発明の請求項1の電力変換装置は、自励式コンバ
―タの直流を交流に変換する自励式インバ―タから成る
電力変換装置において、前記自励式コンバ―タ及び自励
式インバ―タを同一箱体内に収納し且つ前記収納箱体外
より吸気した冷却風が前記自励式インバ―タを冷却した
後で前記自励式コンバ―タを冷却して前記収納箱体外へ
排出するように共通の冷却ファンで冷却するようにした
ことを特徴とするものである。
【0020】又、本発明の請求項2の電力変換装置は、
自励式コンバ―タの直流を交流に変換する自励式インバ
―タから成る電力変換装置において、前記自励式コンバ
―タを構成するコンバ―タ用半導体スタック及び前記自
励式インバ―タを構成するインバ―タ用半導体スタック
にぞれぞれヒ―トシンクを取付け、これらを同一箱体内
に収納し且つ前記収納箱体外より吸気した冷却風が前記
インバ―タ用ヒ―トシンクを冷却した後で前記コンバ―
タ用ヒ―トシンクを冷却して前記収納箱体外へ排出する
ように共通の冷却ファンで冷却するようにしたことを特
徴としたものである。
【0021】又、本発明の請求項3の電力変換装置は、
自励式コンバ―タの直流を交流に変換する自励式インバ
―タから成る電力変換装置において、前記自励式コンバ
―タと前記自励式インバ―タのハ―ド構成を同一とし、
前記自励式コンバ―タを箱体上部に、前記自励式インバ
―タを前記箱体下部に配置し、冷却風を前記箱体の側面
下部より取入れ、前記自励式インバ―タ、自励式コンバ
―タの順に冷却し、前記箱体上部に取付けられた共通の
冷却ファンを通して排気することを特徴としたのであ
る。
【0022】
【作用】請求項1、請求項2及び請求項3に係る発明に
おいては、同一電流定格の自励式コンバ―タと自励式イ
ンバ―タを同一箱体に収納し、自励式インバ―タを先に
冷却し、その後で自励式コンバ―タを冷却しても、自励
式コンバ―タの方が自励式インバ―タよりも熱損失が少
ないため、共通の冷却ファンで、その冷却能力を自励式
コンバ―タと自励式インバ―タの総発生損失に合せて必
要且つ最小限の容量で構成することが可能であり、電力
変換装置の小形化、低価格化を図ることができる。
【0023】
【実施例】以下本発明の一実施例を図1を参照して説明
する。図1において、従来技術の実施例である図4と異
る点は、コンバ―タとインバ―タを同一箱体に収納し、
コンバ―タ用半導体スタック3の下部にインバ―タ用半
導体スタック6を配置させ、冷却ファン9にて装置下部
に取付けられた吸気孔11より冷却風10を取入れ、イ
ンバ―タ用半導体素子7を冷却するヒ―トシンク8を通
して流すことによってインバ―タ用半導体スタック6を
冷却する。又、コンバ―タ用半導体素子4は、ヒ―トシ
ンク8を通った冷却風10をコンバ―タ用ヒ―トシンク
5を通して流れるようにすることによってコンバ―タ用
半導体スタック3を冷却するように構成した点である。
【0024】上記のように構成することにより、冷却フ
ァン9による冷却風10は吸気孔11より取込み、イン
バ―タ用ヒ―トシンク8を冷却し、更に、コンバ―タ用
ヒ―トシンク5を介して冷却ファン9、排気孔12を通
り、盤外に排出される。このようにインバ―タ用ヒ―ト
シンク8を冷却した冷却風は、暖かくなるが、従来技術
で説明した通り、コンバ―タとインバ―タが同一定格で
動作していても、その発生損失は、通電電流がトランジ
スタ側かダイオ―ド側かに主として流れているかで異
り、つまりコンバ―タがインバ―タに対して発生損失が
少ないため、インバ―タの冷却で暖かくなった冷却風で
冷却してもコンバ―タは十分冷却することが可能とな
る。
【0025】尚、前述実施例では、コンバ―タを上部
へ、インバ―タを下部へ配置し、冷却風を下部全面から
装置上部へ抜ける例で説明したが、本発明の意図するこ
とろは、インバ―タを冷却した冷却風を利用してコンバ
―タを冷却することにある。例えばコンバ―タを下部、
インバ―タを上部として冷却風を上部から下部へ抜ける
構成としも同様な効果が得られ、本発明の意図するとこ
ろには変りない。
【0026】又、前述説明は、コンバ―タとインバ―タ
を冷却するために、コンバ―タ用半導体スタック3及び
インバ―タ用半導体スタック6に、それぞれコンバ―タ
用ヒ―トシンク5及びインバ―タ用ヒ―トシンク8を取
付けた構成としているが、この冷却の構造を特に限定す
るものではない。
【0027】更に、前述の実施例では、コンバ―、イン
バ―の回路構成にトランジスタを用いた場合を説明して
いるが、自励式の変換器であれば同様の効果が得られ、
半導体素子の種類を特に限定するものではない。
【0028】
【発明の効果】以上説明のように、請求項1、請求項2
及び請求項3の発明によれば、同一電流定格のコンバ―
タとインバ―タを冷却する際に、コンバ―タとインバ―
タの発生損失の違いにより、インバ―タで冷却した冷却
風をコンバ―タの冷却に利用できるように構成したの
で、同一箱体にコンバ―タとインバ―タを収納し、コン
バ―タとインバ―タの冷却ファンを同一のものとするこ
とができ、電力変換装置の小形化、省スペ―ス化、低価
格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電力変換装置の一実施例を示す構成図
で、(a)は正面図、(b)は側面図。
【図2】コンバ―タとインバ―タの回路構成図。
【図3】コンバ―タとインバ―タの各ア―ムに流れる電
流波形図。
【図4】従来の電力変換装置の構成図で、(a)は正面
図、(b)は側面図。
【図5】電力変換装置の接続関係を示すブロック図。
【符号の説明】
1A,1B …収納箱体 2 …電力変換装置 3 …コンバ―タ用半導体スタック 4 …コンバ―タ用半導体素子 5 …コンバ―タ用ヒ―トシンク 6 …インバ―タ用半導体スタック 7 …インバ―タ用半導体素子 8 …インバ―タ用ヒ―トシンク 9,9A,9B …冷却ファン 10 …冷却風 11 …吸気孔 12,12A,12B…排気孔 109 …交流リアクトル 101〜104 …トランジスタ 105〜108 …ダイオ―ド 110 …電解コンデンサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自励式コンバ―タの直流を交流に変換
    する自励式インバ―タから成る電力変換装置において、
    前記自励式コンバ―タ及び自励式インバ―タを同一箱体
    内に収納し且つ前記収納箱体外より吸気した冷却風が前
    記自励式インバ―タを冷却した後で前記自励式コンバ―
    タを冷却して前記収納箱体外へ排出するように共通の冷
    却ファンで冷却するようにしたことを特徴とする電力変
    換装置。
  2. 【請求項2】 自励式コンバ―タの直流を交流に変換
    する自励式インバ―タから成る電力変換装置において、
    前記自励式コンバ―タを構成するコンバ―タ用半導体ス
    タック及び前記自励式インバ―タを構成するインバ―タ
    用半導体スタックにぞれぞれヒ―トシンクを取付け、こ
    れらを同一箱体内に収納し且つ前記収納箱体外より吸気
    した冷却風が前記インバ―タ用ヒ―トシンクを冷却した
    後で前記コンバ―タ用ヒ―トシンクを冷却して前記収納
    箱体外へ排出するように共通の冷却ファンで冷却するよ
    うにしたことを特徴とする電力変換装置。
  3. 【請求項3】 自励式コンバ―タの直流を交流に変換
    する自励式インバ―タから成る電力変換装置において、
    前記自励式コンバ―タと前記自励式インバ―タのハ―ド
    構成を同一とし、前記自励式コンバ―タを箱体上部に、
    前記自励式インバ―タを前記箱体下部に配置し、冷却風
    を前記箱体の側面下部より取入れ、前記自励式インバ―
    タ、自励式コンバ―タの順に冷却し、前記箱体上部に取
    付けられた共通の冷却ファンを通して排気することを特
    徴とした電力変換装置。
JP5023893A 1993-02-12 1993-02-12 電力変換装置 Pending JPH06245525A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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