专利名称：半导体单元及电力转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种收纳于收纳盘的半导体单元及由该半导体单元和收纳盘构成的
电力转换装置，特别是涉及一种适用在由收纳盘供给电源的状态下半导体单元从收纳盘中 进行带电插拔的半导体单元及电力转换装置。
背景技术：
—般的，作为由收纳于收纳盘的半导体单元和该收纳盘构成的半导体电力转换装
置，在所收纳的单元内的逆变器部进行将直流电源转换为交流电源的电力转换，并供给给
必要的设备。用于进行转换的电力是通过连接公共电源母线和接触件来进行供给的。另外，
在这种装置中，为了电力转换，来自交流电源的电力需要平滑化，故设有平滑电容器。 另一方面，平滑电容器需要初始充电电路。在初始充电中，为了防止最初的过大电
压而设置有限流元件用的电路，例如在实开平6-74092号公报中记载的技术中，如限流元
件用的电路，与正常运行不同，设置有限流元件用的接触件及公共电源母线。 由此，在以往技术中，由于初始充电需要设置作为限流元件用的电路的接触件及
公共电源母线，故重量增加、设置面积增加。另外，预料到由于机械的构造部的增加会导致
成本的增加。 进而，在维修上会浪费时间，且在限流元件未有效发挥功能的情况下，甚至会发生 破坏平滑电容器的可能性。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于电路简单化和能自动化一连串 作业的半导体单元及电力转换装置。 为了达成上述目的，在半导体单元中除了具备能与公共电源母线连接分离的接 触件、对由接触件得到的电源进行平滑化的平滑电容器、对由平滑电容器平滑化后的电源 进行转换的逆变器部以外，还具有与限流元件并联连接的初始充电用开关等的开关部、检 测电容器的充电电压的电压检测部、和根据由电压检测电路检测出的电压来操作初始充电 用开关的开闭部的初始充电用开关操作电路等的控制部。 通过这样做，具体地说，初始充电用开关是由电压检测电路对因半导体单元的插 拔引起变化的平滑电容器的两端电压进行检测的电压以某一阈值为界，通过初始充电用开 关操作电路进行开闭控制的。因此，初始充电用开关在检测出比某一阈值高的电压的情况 下呈闭电路，在检测出比某一阈值低的电压的情况下呈开电路。其中，此时的阈值作为因半 导体单元的押入产生的突入电流不会破坏平滑电容器的值。 通过本发明，能在带电状态下简单且可靠地安装，能自动化一连串动作。更具体地 说，通过设置根据平滑电容器的两端电压进行开关的初始充电用开关，且由该初始充电用 开关来控制限流元件的连接，从而在进行安装操作时，不需要两阶段的操作，能在带电状态 下简单且可靠地安装，另外，不是依赖人工的操作而是能自动化进行从初始充电状态到通电状态的一连串动作。 另外，对于装置的形状而言，无需在连接初期时使用的母线或接触件，正因如此，
可以使装置小型化且低成本地构成。由此，能实现低成本化、维修的简易化、縮短维修时间。
图1是表示涉及本发明的一个实施方式的例子的电力转换装置的立体图。
图2是涉及本发明实施方式的半导体逆变器单元抽出到断路位置的结构图。
图3是说明涉及本发明实施方式的逆变器单元的初始充电状态和运转状态的电 流线路的结构图。 图4是表示参考例的电力转换装置的一个例子的立体图。
图5是图4例子的电力转换装置的逆变器单元的结构图。
图6是表示图4例子的电力转换装置的动作的说明图。 图中10-收纳盘，lla、llb、llc-公共电源母线，12-转换器部，13-平滑电容器， 14-把手，20-逆变器单元，21a、21b、21c-接触件，22-逆变器部，23-平滑电容器，24-限流 元件，25-把手，100-收纳盘，101a、101b-公共电源母线，102-转换器部，103-平滑电容器， 104-滑轨，200-逆变器单元，201a、201b-接触件，202-逆变器部，203-平滑电容器，204-限 流元件，205-把手，206-电压检测电路，207-初始充电操作电路，208-初始充电用开关。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的例子进行说明。为了易于理解，首先， 举出图1 3的参考例，接着，边参照参考例边明确说明基本的观点。 作为由收纳于收纳盘的半导体单元和该收纳盘构成的半导体电力转换装置，作为 参考例公开了图4所示的结构。该图4所示的结构是使多个逆变器单元收纳于收纳盘并在 所收纳的各逆变器单元内的逆变器部进行将直流电源转换为交流电源的电力转换且供给 给必要的设备。在该图4的例子的结构是，在供给电源的状态下直接进行逆变器单元从收 纳盘的插拔。为了在供给该电源的状态下进行插拔，在逆变器单元内需要平滑电容器的初 始充电电路。 对图4的结构进行说明，10是收纳盘，在该收纳盘10中经由滑轨以自如抽出或押 入的方式收纳有多台逆变器单元20。在图4的例子中，纵向并排有6个逆变器单元。在收 纳盘10的内部设置有主电路用的公共电源母线11a、llb和初始充电专用的公共电源母线 llc。经由未图示的电源系统向主电路用的公共电源母线11a、llb供给直流电源。
在此，公共电源母线11a、llb和初始充电专用的公共电源母线llc在从正上方的 平面俯视时如图5所示那样配置。S卩，公共电源母线llb相对公共电源母线lla仅后退距 离L，初始充电专用的公共电源母线llc在与公共电源母线lla相同的位置上。进而，以初 始充电专用的公共电源母线llc和公共电源母线llb为同极的方式进行连接。
图4中的逆变器单元20的结构是图5所示的结构。即，逆变器单元20具备能与 公共电源母线11a、llb、llc连接、分离的接触件21a、21b、21c。由接触件21a、21b得到的电 源在平滑电容器23中进行平滑化。由该平滑电容器23平滑化后的电源供给给具备半导体 电路的逆变器部22并转换为规定的交流电源。另外，具备对由接触件21c得到的电源向平滑电容器23的突入电流进行抑制的限流元件24。还有，虽然未图示，但是逆变器部22的负 载侧经由接触件型连接部与设置在收纳盘10的端子部连接，在押入或抽出逆变器单元时 自动地连接或断路。 参照附图6对使由此构成的逆变器单元20收纳于收纳盘10时的动作进行说明。
首先，如图6(a)所示，具有向逆变器单元20的正面侧的外部突出的把手25，沿着 收纳盘IO内的滑轨押入。若这样押入，则如图6(b)所示，逆变器单元20到达初始充电位 置，公共电源母线11a与接触件21a连接，初始充电专用的公共电源母线11c与接触件21c 连接，经由限流元件24对逆变器单元20的平滑电容器23进行充电。并且，若逆变器单元 20被押入，则如图6(c)所示，公共电源母线11b与接触件21b连接，结束押入。在该押入 结束的状态下，成为经由接触件21b从公共电源母线lib直接向逆变器部22供给电源的状 态。在逆变器部22中执行将所供给的直流电源转换为交流电源的处理，向未图示的负载供 给转换后的交流电源。 该半导体电力转换装置在向收纳盘10安装时，如图6(b)所示，最初公共电源母线 11a、llc与接触件21a、21c接触，接着公共电源母线lib与接触件21b接触。由此，作为流 向平滑电容器23的充电电流，最初以由限流元件24限制的状态供给。其后，在处于完全安 装状态下，不经由限流元件24来供给电源，在逆变器部22运转时，限流元件24的限制不起 作用。 根据具备了本图4 图6所示结构的逆变器单元20的电力转换装置，在向收纳盘 10安装时，在平滑电容器23中流动的电流被限制了，即使进行带电插拔也不会破坏平滑电 容器23。 在由此构成的逆变器单元20中，因为需要设置初始充电用的外部电路、即接触件 21c、公共电源母线llc，所以逆变器单元20和收纳该逆变器单元20的收纳盘10的外形和 重量增加，收纳盘的设置面积也增加。另外，为了进行定位而使机械性的构造部增加，这会 导致成本增加。 并且，为了将逆变器单元20移动到断路位置、初始充电位置及运转位置上，因为 需要通过人力插入逆变器单元20，故在维修上花费时间。另外，万一在逆变器单元20插入 时一旦没停在图6(b)所示的状态，而一下子插入到如图6(c)所示的状态的情况下，存在限 流元件24没有有效地起到作用且平滑电容器23会破坏的内在可能性。
鉴于上述问题，为了实现初始充电用的外部电路的简单化和能自动化进行参杂人 力的运转状态下的一连串作业，以下继续说明。 图1表示本实施方式的一例的半导体电力转换装置的整体结构。在图1中，在构 成半导体电力转换装置的收纳盘100内，等间隔地配置6级逆变器单元200，能前后自如地 抽出。而且，在逆变器单元背面侧与收纳盘之间纵向并列配置有2根公共电源母线101a、 101b。向2根公共电源母线101a、101b供给直流电源。 收纳盘100构成为在平行配置的顶板及底板的两面侧装配侧板并用背板挡住背 面，其正面侧向外部开放。并且，用顶板、底板、侧板及背面板隔开的收纳盘100的内部空间 构成收纳室。 6级配置的各逆变器单元200全都是相同的结构，构成为同一形状的框体。
在逆变器单元200的背面设置有接触件201a、201b。接触件201a、201b是用于与公共电源母线101a、101b连接的电接点。在逆变器单元200的宽度方向的两端配置有滑轨 104。通过沿着该滑轨104向收纳盘100的收纳室收纳逆变器单元200，从而接触件201a、 201b与公共电源母线101a、101b连接。 图2是表示从上部观看的逆变器单元200的内部结构。 在本实施方式的例子中，逆变器单元200具备能与公共电源母线101a、101b连 接、分离的接触件201a、201b、和对由接触件201a、201b得到的电源进行平滑化的平滑电容 器203。并且，还具备对由平滑电容器203平滑化后的电源进行转换的逆变器部202。
另外，还具备对由接触件201a、201b得到的电源向平滑电容器203的突入电流进 行抑制的限流元件204、和与该限流元件204并联连接的初始充电用开关208，其中，并联电 路连接在接触件20lb与平滑电容器203的一端之间。 平滑电容器203的充电电压由电压检测电路206检测。由该电压检测电路206检 测出的电压由初始充电用开关操作电路207进行判断并根据判断出的电压值来操作(控 制)初始充电用开关208的开闭。 作为初始充电用开关208的开闭控制，由电压检测电路206对因逆变器单元200 的插拔引起变化的平滑电容器203的两端电压进行检测的电压以某一阈值为界，通过初始 充电用开关操作电路207进行初始充电用开关208的开闭控制。因此，初始充电用开关208 在检测出比某一阈值高的电压的情况下进行闭控制，在检测出比某一阈值低的电压的情况 下进行开控制。 通常，在公共电源母线101a、101b中连接有与逆变器单元200同样结构的转换器
部102的直流端子，控制为保持在一定的直流电压(数百 数千V)。由此，在断路状态下，
接触件201a、201b与公共电源母线101a、101b需要确保充分的绝缘距离。 断路状态下，成为在接触件201a、201b与公共电源母线101a、101b之间逆变器单
元200停在充分确保了绝缘距离的位置上，且逆变器单元200不通电的状态。 接着，参照图3对将本实施方式的例子的逆变器单元200安装于收纳盘100时的
动作进行说明。 具有向逆变器单元200的正面侧的外部突出的把手205，使其沿着滑轨104移动， 使逆变器单元200收纳于收纳盘100的收纳室。通过这样收纳，如图3(a)所示，公共电源 母线101a、101b与接触件201a、201b连接。此时，因为平滑电容器203未被充电，故平滑电 容器203的两端电压通过电压检测电流206检测出十分低的电压，通过初始充电用开关操 作电路207，初始充电用开关208呈开路，经由连接在接触件20lb上的限流元件204向平滑 电容器203有电流流动，从而平滑电容器203被充电。随着平滑电容器203充电，平滑电容 器203的两端电压上升。该电压是通过电压检测电路206检测的，在到达了某一阈值以上 时，初始充电用开关208通过初始充电用开关操作电路207而自动地呈闭路，如图3(b)所 示，电流经由初始充电用开关208向平滑电容器203流动。 在插入逆变器单元200时，由于在平滑电容器203中流动有与公共电源母线101a、 101b上施加的电压和平滑电容器203的两端电压之差成比例的振幅的突入电流，所以需要 选择不会破坏平滑电容器203的阈值。通过让该阈值带有滞后，从而可以防止初始充电用 开关208的振动(chattering)。 另外，在初始充电时，限流元件204以由限流元件204的电阻值和平滑电容器203的电容导出的时间常数，仅在短时间有脉冲状的电流流动。并且，因为通电次数与逆变器单 元200的插拔次数相同，所以通电仅在维修时冷起动(cold start)。 为此，与以通常的数百 数千V始终流动电流的条件下使用的电阻相比，能使用 电阻值小的电阻，能得到縮短平滑电容器203的充电时间的效果。 并且，通过构成为在逆变器单元200内设置根据平滑电容器203的两端电压进行 开闭的初始充电用开关208并以该初始充电用开关208控制限流元件204的连接，从而在 将逆变器单元200插入收纳盘100时，不需要如参考例那样二阶段的插入操作，也能得到在 带电状态下简单且可靠地安装、且不是依赖人力的操作而是自动化进行从初始充电状态到 通电状态的一连串动作的效果。 另外，对于装置的形状而言，无需在连接初期时使用的母线或接触件，正因如此， 能以小型化且低成本来构成装置。因此，与参考例比较，也能得到低成本化、维修的简易化 的效果。 还有，在上述实施方式的例子中，虽然作为公共电源母线以使用有长方体形的导 电体的例子进行说明，但是如果能确保通电电流容量也可以是带电缆的连接器。此时，通过 使用连接器能得到提高连接位置自由度的效果。 另外，在上述实施方式中，虽然作为半导体电力转换装置适用于具备逆变器部的 逆变器单元被带电插拔的结构，但是如果是同样能带电插拔的半导体单元，也可适用逆变 器以外的结构。并且，图l等所示的外形形状只是一个例子，本发明并不限定于图示。
权利要求
一种半导体单元，由收纳于收纳盘的框体构成，该半导体单元，具备第一及第二接触件，其与所述收纳盘侧的公共电源母线连接；平滑电容器，其对在所述第一及第二接触件得到的电源进行平滑化；逆变器部，其对由所述平滑电容器平滑化后的电源进行转换；限流元件，其对在所述第一或第二接触件得到的电源向所述平滑电容器的突入电流进行抑制；开闭部，其与所述限流元件并联连接；电压检测部，其检测所述平滑电容器的充电电压；和控制部，其根据由所述电压检测部检测出的电压来操作所述开闭部。
2. 根据权利要求l所述的半导体单元，其特征在于，所述控制部在所述电压检测部检测出的电压为预先设定的阈值以上的情况下使所述 开闭部为闭状态，在小于所述阈值的情况下使所述开闭部为开状态。
3. 根据权利要求2所述的半导体单元，其特征在于， 让所述阈值带有滞后。
4. 一种电力转换装置，其由收纳盘和收纳在该收纳盘的多个半导体单元构成， 所述收纳盘具备向各所述半导体单元供给电源的两根公共电源母线， 各所述半导体单元，具备第一及第二接触件，其与所述两根公共电源母线连接； 平滑电容器，其对在所述第一及第二接触件得到的电源进行平滑化；逆变器部，其对由所述平滑电容器平滑化后的电源进行转换；限流元件，其对在所述第一或第二接触件得到的电源向所述平滑电容器的突入电流进 行抑制；开闭部，其与所述限流元件并联连接；电压检测部，其检测所述平滑电容器的充电电压；禾口控制部，其根据由所述电压检测部检测出的电压来操作所述开闭部。
5. 根据权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，所述控制部在所述电压检测部检测出的电压为预先设定的阈值以上的情况下使所述 开闭部为闭状态，在小于所述阈值的情况下使所述开闭部为开状态。
6. 根据权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于， 让所述阈值带有滞后。
全文摘要
本发明提供一种半导体单元及电力转换装置。逆变器单元(200)包括能与公共电源母线(101a、101b)连接分离的接触件(201a、201b)、对由接触件(201a、201b)得到的电源进行平滑化的平滑电容器(203)、对由平滑电容器(203)平滑化后的电源进行转换的逆变器部(202)、抑制由接触件(201a、201b)得到的电源向平滑电容器(203)的突入电流的限流元件(204)、与限流元件(204)并联连接的初始充电用开关(208)、检测电容器(203)的充电电压的电压检测电路(206)、和根据由电压检测电路(206)检测出的电压来操作初始充电用开关(208)的初始充电用开关操作电路(207)。从而，在多台逆变器单元运转中，在抽拔出任意的逆变器单元后再次押入时，能以一阶段的押入来处理。
文档编号H02M7/42GK101741270SQ20091022453
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月17日 优先权日2008年11月26日
发明者执行正谦, 松本洋平, 金泽胜昭 申请人:株式会社日立制作所