电力变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力变换装置，能够将并联设置了的多个电力变换单元中的发生了故障的电力变换单元从对上述各电力变换单元供给直流电力的直流电源单元迅速地切离，而使其他健全的电力变换单元继续运转。
【背景技术】
[0002]作为将直流电源作为电力源而驱动马达等大容量的交流负载、或者对多台交流负载进行并联驱动的电源装置，使用并联设置了多个电力变换单元的电力变换装置。图3是这种电力变换装置的概略结构图，I是直流电源单元。该直流电源单元I由例如对商用交流电源进行整流/平滑化的二极管电路、电池等构成。
[0003]另外，2 (2a?2n)是经由直流联动部3而与上述直流电源单元I连接而并联设置的多个电力变换单元。这些电力变换单元2 (2a?2n)由将从上述直流电源单元I供给的直流电力分别变换为交流电力并输出的逆变器单元构成。上述电力变换单元2 (2a?2n)的各输出端子4 (4a?4n)例如并联连接而被用作针对大容量的交流负载的电力输出端子。或者，对上述多个电力变换单元2 (2a?2n)的各输出端子4 (4a?4n)分别个别地连接多个交流负载。
[0004]图3示出电力变换单元2a的结构例。上述各电力变换单元2 (2a?2n)是并联地具备将例如由IGBT等构成的6个半导体开关元件Ql?Q6按每2个串联连接而安装在直流输入端子的正极与负极之间的3组半桥电路而构成的。针对上述各半桥电路的每一个按照规定的相位差交替地对各个上述半导体开关元件Ql?Q6进行0N/0FF驱动，从而对施加到该半桥电路的直流电压进行切换。另外，上述各电力变换单元2 (2a?2n)构成为将作为上述半桥电路的中点的各串联连接点连接到上述输出端子4(4a?4n)，并输出规定电压的三相交流电力。
[0005]另外，Dl?D6是与上述各半导体开关元件Ql?Q6反向并联地连接的续流二极管(freewheeling d1de)。另外，5是设置于上述电力变换单元2 (2a?2n)的上述各直流输入端子之间而用于使对该电力变换单元2 (2a?2n)供给的直流电压稳定化的电容器。另外，6是对上述半导体开关元件Ql?Q6如上所述那样进行0N/0FF控制的控制电路。关于这样构成了的电力变换装置，例如如在专利文献I等中详细介绍的那样。
[0006]但是，在上述专利文献I中，在上述多个电力变换单元2 (2a?2n)的直流输入部中，分别设置了使用了机械性接点的开关7作为电路开闭器。进而，在上述专利文献I中，公开了在与上述直流电源单元I之间的直流联动部3中分别安装直流电抗器8。在上述多个电力变换单元2 (2a?2n)中的某一个中发生了短路等故障时，上述开关7将故障了的电力变换单元2 (2a?2n)从上述直流电源单元I切离。由此，能够仅使剩余的其他健全的电力变换单元2 (2a?2n)运转。
[0007]但是，在直至故障了的电力变换单元2 (2a?2n)通过上述开关7而被切离为止的期间，从其他健全的电力变换单元2 (2a?2n)向该故障了的电力变换单元2 (2a?2n)的短路点流入过大的电流。于是，存在通过该过大的电流的流入而其他健全的电力变换单元2(2a?2η)陷入到过电流状态的担心。上述直流电抗器8承担如下作用:在发生这样的短路故障时限制流过其他健全的电力变换单元2 (2a?2n)的电流的上升，从而防止这些健全的电力变换单元2 (2a?2n)陷入到过电流状态。
[0008]专利文献1:日本专利第4726624号公报
【发明内容】
[0009]但是，在上述直流联动部3中分别安装了上述直流电抗器8的情况下，不能否认上述各电力变换单元2 (2a?2n)的应答特性变差。换言之，针对上述各电力变换单元2 (2a?2n)的正常动作时的输入直流电压的变动的应答性变差。而且，上述开关7的动作应答延迟一般是几毫秒等级，难以说针对短路故障的应答性高。
[0010]本发明是考虑这样的情况而完成的，其目的在于提供一种简易的结构且应答性高的电力变换装置，能够将并联设置的多个电力变换单元中的发生了故障的电力变换单元从直流电源单元迅速地切离，而使其他健全的电力变换单元继续运转。
[0011]为了实现上述目的，本发明的电力变换装置具备:直流电源单元；以及多个电力变换单元，经由直流联动部并联设置，将从上述直流电源单元供给的直流电力分别变换为交流电力并输出。
[0012]特别地，本发明的电力变换装置的特征在于，在上述各电力变换单元和上述直流电源单元之间，分别个别地安装限制向上述各电力变换单元供给的电力的多个半导体开关元件，并且通过分别监视上述各电力变换单元中产生的短路电流的控制电路，对与有短路电流流过的电力变换单元连接的上述半导体开关元件进行OFF控制，切断对该电力变换单元的电力供给。
[0013]此外，上述控制电路构成为检测例如以下那样的电流而对上述半导体开关元件进行OFF控制:从上述直流电源单元对上述电力变换单元供给的电流、或者构成上述电力变换单元的主体部的半导体开关元件中流过的电流、或者由于对上述半导体开关元件施加的直流电压的降低而产生的该电力变换单元的短路故障所伴随的短路电流。
[0014]另外，上述直流电源单元由使用例如IGBT、MOS-FET等半导体开关元件来生成规定的直流电压的电压控制型的PWM转换器等构成。另外，上述多个电力变换单元的各个由例如生成三相交流电力的逆变器单元构成。进而，上述半导体开关元件由例如反向并联地连接了二极管的IGBT、或者能够在双方向流过电流的反向导通IGBT构成。另外，上述半导体开关元件安装于上述各电力变换单元中的直流输入部的正极侧以及负极侧的至少一方。
[0015]根据上述结构的电力变换装置，能够有效地利用安装在上述各电力变换单元与上述直流电源单元之间的半导体开关元件的元件特性自身，限制对上述各电力变换单元分别供给的电力、特别是电流。因此，能够有效地阻止过电流非本意地流过构成上述各电力变换单元的半导体开关元件。
[0016]此外，在上述电力变换单元中发生了短路故障的情况下，在上述控制电路的控制下对与发生了该故障的电力变换单元连接的上述半导体开关元件进行OFF控制，从而能够将该电力变换单元从上述直流电源单元迅速地切离。而且，上述半导体开关元件的应答延迟一般是几微秒等级，所以相比于将使用了以往一般的机械性接点的开关用作电路开闭器的情况，能够充分高速地将发生了上述故障的电力变换单元从上述直流电源单元切离。
[0017]因此，根据本发明的电力变换装置，不会如在上述各电力变换单元的直流输入部中分别安装了直流电抗器的以往装置那样，导致正常时的上述各电力变换单元的动作应答延迟的问题。而且，不需要直流电抗器，所以无需调整其电感，能够使上述各电力变换单元的动作应答性充分快。
[0018]另外，在上述各电力变换单元中的短路电流的检测时，能够仅通过对上述半导体开关元件进行OFF控制，来将发生了短路故障的电力变换单元从上述直流电源单元迅速地切离。因此，能够在不导致上述过电流的问题的情况下使其他健全的电力变换单元稳定地继续运转。因此，通过使用具有电流限制功能和直流联动电路的切离功能的半导体开关元件，来简化电力变换装置的整体结构，同时保证其动作特性，可以起到使健全的电力变换单元能够继续运转等实用上显著的效果。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的一个实施方式的电力变换装置的主要部分概略结构图。
[0020]图2是本发明的其他实施方式的电力变换装置的主要部分概略结构图。
[0021]图3是以往的电力变换装置的主要部分概略结构图。
[0022](符号说明)
[0023]1:直流电源单元；la、lb:直流电源；2(2a?2η):电力变换单元；3:直流联动部；5、5a、5b:电容器;6:控制电路;10:电力变换装置;ll(lla?Iln):半导体开关元件；12(12a?12η): 二极管；13 (13a?13η):电流检测器；14 (14a?14η):半导体开关元件;15 (15a?15η):二极管；16 (16a?16η):电流检测器;17a、17b、17c:双方向开关;Q1?Q6:半导体开关元件；D1?D6:续流二极管。
【具体实施方式】
[0024]以下，参照附图，说明本发明的实施方式的电力变换装置。
[0025]图1是示出本发明的一个实施方式的电力变换装置10的主要部分概略结构的图，对与图3所示的以往的电力变换装置相同的部分附加同一符号而表示。另外，对于这些附加同一符号而示出的构成要素，省略其重复说明。另外，该实施方式中的上述直流电源单元I实现为使用例如IGBT、MOS-FET等半导体开关元件来对直流输入电压进行切换而生成规定的直流输出电压的电压控制型的PWM转换器等。
[0026]另外，该实施方式的电力变换装置10的特征在于如下方面:将例如由IGBT构成的半导体开关元件11 (Ila?Iln)作为电路开闭器分别串联地安装到并联设置的上述多个电力变换单元2(2a?2n)的各直流输入部。对各个上述半导体开关元件11 (Ila?Iln)反向并联地连接了二极管12 (12a?12η)。这些二极管12 (12a?12η)承担如下作用:流过起因于上述开关元件Ql?Q6的开关动作延迟、上述电力变换单元2 (2a?2n)的构成部件的偏差等而重叠到直流电力的交流的横流分量。
[0027]另外，此处示出了在上述电力变换单元2 (2a?2n)的各直流输入部中的正极侧分别串联地安装了上述半导体开关元件11 (Ila?Iln)的例子。但是，当然也可以在上述电力变换单元2(2a?2n)的上述各直流输入部中的负极侧分别串联地安装上述半导体开关元件11 (Ila?lln)。另外，作为上述半导体开关元件11 (Ila?Iln)，还可以使用能够在双方向流过电流的反向导通IGBT。
[0028]此外，在上述各电力变换单元2 (2a?2n)中没有异常时、即在上述各电力