УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 2015 года по МПК H02M5/293 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству или аппарату преобразования энергии для преобразования энергии переменного тока частоты сети или промышленной частоты непосредственно в требуемую энергию переменного тока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известен матричный преобразователь в качестве устройства преобразования энергии для преобразования энергии переменного тока в энергию переменного тока непосредственно и эффективно с помощью конструкции, требующей меньшего числа составных частей и обеспечивающей уменьшение размера устройства (патентный документ 1).

[0003] Тем не менее, расстояние прокладки проводов или межсоединений проводов является большим для подключения к средству переключения, включающему в себя IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), в вышеупомянутом матричном преобразователе согласно предшествующей технологии, в котором каждая из фаз (R-фаза, S-фаза, T-фаза) содержит один из конденсаторов фильтра, формирующих схему фильтра, и конденсаторы фильтра устанавливаются в едином корпусе.

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Патентные документы

[0004] Патентный документ 1. JP2006-333590 A

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять устройство или аппарат преобразования энергии для уменьшения расстояния межсоединений между конденсаторами фильтра и средством переключения.

[0006] Устройство преобразования энергии согласно настоящему изобретению содержит:

- схему преобразования, включающую в себя множество первых переключающих устройств, соединенных соответственно с фазами энергии многофазного переменного тока и выполненных с возможностью обеспечивать операцию электрического переключения в обоих направлениях, и множество вторых переключающих устройств, соединенных соответственно с фазами энергии многофазного переменного тока и выполненных с возможностью обеспечивать операцию электрического переключения в обоих направлениях; и

- множество конденсаторов, соединенных со схемой преобразования,

- при этом по меньшей мере один из конденсаторов предоставляется для каждого из первых переключающих устройств и вторых переключающих устройств между двумя из фаз энергии многофазного переменного тока, соответствующих каждому из первых переключающих устройств и вторых переключающих устройств.

[0007] Согласно настоящему изобретению, конденсаторы фильтра могут быть размещены около соответствующих переключающих устройств, так что можно уменьшать расстояние межсоединений между конденсаторами фильтра и переключающими устройствами.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг.1 является принципиальной электрической схемой, показывающей систему преобразования энергии, к которой применяется один вариант осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2A является видом сверху, показывающим устройство преобразования энергии согласно варианту осуществления настоящего изобретения в промежуточном состоянии в процессе сборки.

Фиг.2B является видом сверху, показывающим устройство преобразования энергии согласно варианту осуществления настоящего изобретения в промежуточном состоянии в процессе сборки.

Фиг.2C является видом сверху, показывающим устройство преобразования энергии согласно варианту осуществления настоящего изобретения в промежуточном состоянии в процессе сборки.

Фиг.2D является видом сбоку, показывающим устройство преобразования энергии согласно варианту осуществления настоящего изобретения в промежуточном состоянии в процессе сборки.

Фиг.3 является видом, показывающим схему размещения IGBT и конденсаторов фильтра устройства преобразования энергии, показанного на фиг.2, при виде сверху и виде сбоку.

Фиг.4A является видом сверху, показывающим другую схему размещения IGBT и конденсаторов фильтра, показанных на фиг.3.

Фиг.4B является видом сбоку по фиг.4A.

Фиг.5 является видом, показывающим еще одну другую схему размещения IGBT и конденсаторов фильтра, показанных на фиг.3, при виде сверху.

Фиг.6 является видом, показывающим еще одну другую схему размещения IGBT и конденсаторов фильтра, показанных на фиг.3, при виде сверху.

Фиг.7 является принципиальной электрической схемой, показывающей систему преобразования энергии, к которой применяется другой вариант осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 является видом, показывающим схему размещения IGBT и конденсаторов фильтра, показанных на фиг.7, при виде сверху и виде сбоку.

Фиг.9 является видом, показывающим другую схему размещения IGBT и конденсаторов фильтра, показанных на фиг.7, при виде сверху и виде сбоку.

Оптимальный режим осуществления изобретения

[0009] Структура системы 1 преобразования энергии

Во-первых, фиг.1 используется для иллюстрации структуры системы преобразования энергии, к которой применяется вариант осуществления настоящего изобретения. Система 1 преобразования энергии этого примера является системой для того, чтобы преобразовывать трехфазную энергию переменного тока, поданную из трехфазного источника питания переменного тока или источника 2 энергии, непосредственно в энергию однофазного переменного тока, с помощью устройства 3 или аппарата преобразования энергии согласно варианту осуществления настоящего изобретения, повышать или понижать энергию однофазного переменного тока до надлежащего напряжения с помощью трансформатора 4 и после этого преобразовывать энергию переменного тока в энергию постоянного тока с помощью выпрямителя 5 и за счет этого заряжать аккумуляторную батарею 6. Дополнительно предусмотрена сглаживающая схема 7.

[0010] Схема 8 фильтра обеспечена в системе 1 преобразования энергии этого примера для ослабления высших гармоник для подавления шумов для каждой фазы выходных линий (R-фазы, S-фазы и T-фазы), чтобы подавать трехфазную энергию переменного тока из трехфазного источника питания переменного тока или источника 2. Схема 8 фильтра этого примера включает в себя три реактора 81 фильтра, соединенные с тремя фазами R, S и T соответственно и шесть конденсаторов 82L, 82R фильтра, соединенных между тремя фазами R, S и T. Схема размещения конденсаторов 82L, 82R фильтра (показаны на фиг.3-6 в качестве конденсаторов 821-836 фильтра) поясняется ниже.

[0011] В системе преобразования энергии этого примера трехфазная энергия переменного тока подается через схему 8 фильтра в устройство 3 преобразования энергии и преобразуется в энергию переменного тока фазы сигнала. Устройство 3 преобразования энергии этого примера включает в себя 6 двунаправленных переключающих устройств 31, размещаемых в матрице, соответствующей R-, S- и T-фазам. В дальнейшем в этом документе условное обозначение 31 используется в качестве общего термина, чтобы обозначать одно из двунаправленных переключающих устройств в общем, и условные обозначения 311-316 используются для того, чтобы обозначать конкретное одно из шести двунаправленных переключающих устройств, как показано на фиг.1.

[0012] Каждое из двунаправленных переключающих устройств 31 этого примера является IGBT-модулем, включающим в себя полупроводниковый переключающий элемент в виде IGBT (биполярного транзистора с изолированным затвором) и встречно-параллельный диод свободного хода или диод обратного хода, комбинированный во встречно-параллельном соединении. Конструкция каждого двунаправленного переключающего устройства 31 не ограничивается конструкцией, показанной на чертеже. Например, по своему усмотрению можно использовать конструкцию, включающую в себя два не проводящих в обратном направлении IGBT-элемента во встречно-параллельном соединении.

[0013] Демпфирующая схема 32 предоставляется для каждого из двунаправленных переключающих устройств 31, чтобы защищать соответствующее двунаправленное переключающее устройство 31 от перенапряжения, сформированного при операции включения/выключения двунаправленного переключающего устройства 31. Демпфирующая схема 32 соединяется с входной стороной и выходной стороной соответствующего двунаправленного переключающего устройства 31 и формируется посредством комбинации одного демпфирующего конденсатора и трех диодов. В дальнейшем в этом документе условное обозначение 32 используется в качестве общего термина, чтобы обозначать одну из демпфирующих схем в общем, и условные обозначения 321-326 используются для того, чтобы обозначать конкретную одну из шести демпфирующих схем, как показано на фиг.1.

[0014] Схема 9 управления матричным преобразователем предоставляется в системе 1 преобразования энергии этого примера для управления включением/выключением каждого из двунаправленных переключающих устройств 31 устройства 3 преобразования энергии. Схема 9 управления матричным преобразователем принимает в качестве вводов значение напряжения, подаваемое из трехфазного источника 2 энергии переменного тока, значение постоянного тока, в данный момент выводимое, и значение целевой команды управления током, управляет стробирующим сигналом каждого из двунаправленных переключающих устройств 31 в соответствии с этими вводами, регулирует энергию однофазного переменного тока, выводимую в трансформатор 4, и за счет этого получает энергию постоянного тока, соответствующую цели.

[0015] Трансформатор 4 увеличивает или уменьшает напряжение энергии однофазного переменного тока, полученное посредством преобразования устройства 3 преобразования энергии, до предварительно определенного значения. Выпрямитель 5 включает в себя четыре выпрямительных диода и преобразует энергию однофазного переменного тока регулируемого напряжения в энергию постоянного тока. Сглаживающая схема 7 включает в себя катушку и конденсатор или емкость и сглаживает пульсацию, включенную в постоянный ток, полученный посредством выпрямления, до состояния ближе к постоянному току.

[0016] Система 1 преобразования энергии с такой конструкцией этого примера преобразует трехфазную энергию переменного тока, подаваемую из трехфазного источника 2 энергии, непосредственно в энергию однофазного переменного тока с помощью устройства 3 преобразования энергии и преобразует энергию однофазного переменного тока в энергию постоянного тока после регулирования до требуемого напряжения. Таким образом, аккумуляторная батарея 6 заряжается. Система 1 преобразования энергии является просто одним примером, к которому применяется устройство 3 преобразования энергии согласно настоящему изобретению. Настоящее изобретение не ограничено этим примером, в котором настоящее изобретение применяется к системе 1 преобразования энергии. Настоящее изобретение является применимым к другим системам преобразования энергии, когда по меньшей мере одна из энергии до преобразования и энергии после преобразования представляет собой энергию многофазного переменного тока.

[0017] Схема размещения частей устройства 3 преобразования энергии

Фиг.2-6 являются видами для иллюстрации пространственной схемы размещения или компоновки частей, составляющих устройство 3 преобразования энергии, показанное на фиг.1. На этих чертежах идентичные условные обозначения используются для идентичных частей, показанных на фиг.1, чтобы показывать соответствие на чертежах.

[0018] Фиг.2 включает в себя фиг.2A-2D. Фиг.2A является видом сверху, показывающим промежуточное состояние во время процесса сборки, в котором шесть двунаправленных переключающих устройств 31 (также называемых IGBT-модулями) монтируются на верхней поверхности радиатора 10. Фиг.2B является видом сверху, показывающим промежуточное состояние во время процесса сборки, в котором шинопроводы дополнительно монтируются для подключения клемм двунаправленных переключающих устройств 31. Фиг.2C является видом сверху, показывающим промежуточное состояние во время процесса сборки, в котором из трех диодов, формирующих демпфирующую схему 32, и конденсаторов 82 фильтра схемы фильтра монтируются три расположенных на левой стороне конденсатора фильтра. Фиг.2D является видом сбоку, показывающим промежуточное состояние во время процесса сборки. Поскольку составные части устройства 3 преобразования энергии этого примера перекрываются при виде сверху, в нижеприведенном пояснении, основные фрагменты показаны на другом чертеже.

[0019] Как показано на фиг.2 и фиг.3, каждое двунаправленное переключающее устройство 31 этого примера включает в себя входную клемму, выходную клемму и промежуточную или среднюю клемму между двумя IGBT, размещаемыми в паре, и входная клемма, выходная клемма и промежуточная клемма предоставляются на верхней стороне модульного комплекта. Из шести двунаправленных переключающих устройств 311-316, показанных на фиг.3, расположенные на левой стороне клеммы трех расположенных на левой стороне двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 являются входными клеммами, расположенные на правой стороне клеммы трех расположенных на левой стороне двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 являются выходными клеммами, и центральные клеммы трех расположенных на левой стороне двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 являются промежуточными клеммами. Из шести двунаправленных переключающих устройств 311-316, показанных на фиг.3, расположенные на правой стороне клеммы трех расположенных на правой стороне двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 являются входными клеммами, расположенные на левой стороне клеммы трех расположенных на правой стороне двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 являются выходными клеммами, и центральные клеммы трех расположенных на правой стороне двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 являются промежуточными клеммами. Клеммы затвора двунаправленных переключающих устройств 31 предоставляются в другой части модульного комплекта и опущены на чертеже.

[0020] Как показано на фиг.2 и фиг.3, шесть двунаправленных переключающих устройств 311-316 закрепляются на верхней поверхности радиатора 10 посредством таких средств для закрепления, как болты. Как показано на этих чертежах, шесть двунаправленных переключающих устройств 311-316 размещаются в трех парах: первая пара двунаправленных переключающих устройств 311 и 312, расположенных соответственно на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL, вторая пара двунаправленных переключающих устройств 313 и 314, расположенных соответственно на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL, и третья пара двунаправленных переключающих устройств 315 и 316, расположенных соответственно на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL. Другими словами, двунаправленные переключающие устройства 311 и 312 располагаются рядом, на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL, соответственно вдоль направления прохождения, в котором проходят или размещаются три клеммы (входная клемма, выходная клемма и промежуточная клеммы) каждого двунаправленного переключающего устройства 31; двунаправленные переключающие устройства 313 и 314 располагаются рядом, на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL, соответственно вдоль направления прохождения; и двунаправленные переключающие устройства 315 и 316 располагаются рядом, на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL, соответственно вдоль направления прохождения. В дальнейшем в этом документе эта компоновка также выражается как "соединение или параллельная компоновка относительно осевой линии CL или выходных линий P, N, соединяющих выходные клеммы". Эта компоновка отличается от компоновки, показанной на фиг.5. Спаренные двунаправленные переключающие устройства представляют собой два двунаправленных переключающих устройства, соединенных с идентичной одной из R-, S-, T-фаз входной линии.

[0021] В этой компоновке или соединении, включающем в себя двунаправленные переключающие устройства 311 и 312; 313 и 314; или 315 и 316 каждой пары, расположенной на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL, можно использовать схему размещения, чтобы вытягивать выходные линии P и N (шинопроводы 331 и 332) в одном направлении на минимальное расстояние. Поскольку влияние L-компонента увеличивается посредством увеличения межсоединения, выводящего высокочастотную энергию переменного тока, компоновка этого примера позволяет ограничивать влияние L-компонента. Данный эффект компоновки этого примера является более преимущественным по сравнению с примером, показанным на фиг.5. Таким образом, выходные линии P и N являются почти прямыми до трансформатора 4.

[0022] Как упомянуто выше, правые концевые клеммы расположенных на левой стороне двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 на левой стороне от осевой линии CL представляют собой все выходные клеммы, и левые концевые клеммы расположенных на левой стороне двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 представляют собой все входные клеммы. Левые концевые клеммы расположенных на правой стороне двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 на правой стороне от осевой линии CL представляют собой все выходные клеммы, и правые концевые клеммы расположенных на правой стороне двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 представляют собой все входные клеммы.

[0023] К входным клеммам в левых концах двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 на левой стороне от осевой линии CL, входные линии R, S и T одной ветви, отклоняющейся от входных линий трехфазного источника 2 энергии переменного тока, подключаются в направлении внутрь к осевой линии CL. К входным клеммам в правом конце двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 на правой стороне от осевой линии CL входные линии R, S и T другой ветви, отклоняющейся от входных линий трехфазного источника 2 энергии переменного тока, подключаются в направлении внутрь к осевой линии CL. R-фаза подключается к входным клеммам двунаправленных переключающих устройств 311 и 312; S-фаза подключается к входным клеммам двунаправленных переключающих устройств 313 и 314; и T-фаза подключается к входным клеммам двунаправленных переключающих устройств 315 и 316. Входные линии R, S и T на левой стороне проходят и подключаются в направлении внутрь к осевой линии CL, и входные линии R, S и T на правой стороне также проходят и подключаются в направлении внутрь к осевой линии CL. С помощью этой компоновки подключения входных линий можно сокращать расстояние в направлении влево и вправо от радиатора 10 по сравнению с компоновкой в другом примере, показанном на фиг.6.

[0024] В конфигурации по фиг.1 входные линии R, S и T, проходящие от трехфазного источника 2 энергии переменного тока к устройству 3 преобразования энергии, отклоняются в позиции между реакторами 81 фильтра и конденсаторами 82L и 82R фильтра. Тем не менее, можно использовать конфигурацию, в которой входные линии R, S и T разделяются на две ветви на входной стороне реакторов 81 фильтра, и реакторы 81 фильтра предоставляются для каждой из ветвей входных линий R, S и T.

[0025] Шинопровод 331, формирующий выходную линию P устройства 3 преобразования энергии, соединяется с правыми концевыми выходными клеммами двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 на левой стороне от осевой линии CL. Шинопровод 332, формирующий выходную линию N устройства 3 преобразования энергии, соединяется с левыми концевыми выходными клеммами двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 на правой стороне от осевой линии CL. Передние концы шинопроводов 331 и 332 соединяются с трансформатором 4. Шинопроводы, включающие в себя эти шинопроводы 331 и 332, и шинопроводы, упомянутые в данном документе ниже, формируются из проводника, к примеру меди, имеющей превосходную электропроводность.

[0026] Шинопровод 333 соединяет входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311 и 312, спаренных друг с другом и расположенных на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL. Шинопровод 334 соединяет входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 313 и 314, спаренных друг с другом и расположенных на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL. Шинопровод 335 соединяет входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 315 и 316, спаренных друг с другом и расположенных на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL. В эквивалентной схеме, показанной на фиг.1, межсоединения, соответствующие электрическим шинам, показаны с помощью идентичных условных обозначений соответственно. Эти шинопроводы 333-335 не представляют важность для функции устройства 3 преобразования энергии, и, следовательно, по своему усмотрению можно исключать эти шинопроводы.

[0027] Эти шинопроводы 333-335 выполнены с возможностью пересекать шинопроводы 331 и 332, формирующие выходные линии P и N при просмотре при виде сверху. Тем не менее, как показано при виде сбоку по фиг.3, шинопроводы 333-335, соединяющие входные клеммы, формируются в позиции выше шинопроводов 331 и 332 и в силу этого размещаются с возможностью не допускать помех между собой с помощью структуры многоуровневого пересечения с пересечением поверху или понизу.

[0028] Конденсаторы 82L и 82R фильтра, предоставленные между двумя из фаз, могут быть использованы совместно посредством использования компоновки, в которой соединяются двунаправленные переключающие устройства 311 и 322, расположенные на левой стороне и на правой стороне от осевой линии в первой паре, соединяются двунаправленные переключающие устройства 313 и 324 во второй паре, и соединяются двунаправленные переключающие устройства 315 и 326 в третьей паре. В частности, конденсатор 821 фильтра предоставляется между R- и S-фазами на левой стороне на фиг.3, и конденсатор 824 фильтра предоставляется между R- и S-фазами на правой стороне на фиг.3. Шинопровод 333 соединяет входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311 и 312, в которые вводится R-фаза. Следовательно, шумы в R-фазе трехфазного источника 2 энергии переменного тока удаляются посредством операции совместной фильтрации двух конденсаторов 821 и 824 фильтра. Следовательно, можно уменьшать емкость одного конденсатора фильтра и, следовательно, уменьшать размеры конденсаторов фильтра. То же применимо к S-фазе и T-фазе.

[0029] Схема фильтра в этом примере включает в себя шесть конденсаторов 821-826 фильтра, размещаемых таким образом, что три из шести конденсаторов фильтра соединяются между входными линиями на левой стороне от осевой линии CL, а оставшиеся три соединяются между входными линиями на правой стороне от осевой линии CL, как показано на фиг.3. Расположенный на левой стороне конденсатор 821 фильтра предоставляется между S-фазой и R-фазой, которая соответствует входной клемме двунаправленного переключающего устройства 311. Аналогично, расположенный на левой стороне конденсатор 822 фильтра предоставляется между T-фазой и S-фазой, которая соответствует входной клемме двунаправленного переключающего устройства 313. Расположенный на левой стороне конденсатор 823 фильтра предоставляется между R-фазой и T-фазой, которая соответствует входной клемме двунаправленного переключающего устройства 315. Аналогично, расположенный на правой стороне конденсатор 824 фильтра предоставляется между S-фазой и R-фазой, соответствующей входной клемме двунаправленного переключающего устройства 313. Расположенный на правой стороне конденсатор 825 фильтра предоставляется между T-фазой и S-фазой, соответствующей входной клемме двунаправленного переключающего устройства 314. Расположенный на правой стороне конденсатор 826 фильтра предоставляется между R-фазой и T-фазой, соответствующей входной клемме двунаправленного переключающего устройства 316.

[0030] С помощью компоновки, в которой шесть конденсаторов 821-826 фильтра размещаются таким образом, что три находятся на левой стороне от осевой линии CL, а другие три конденсатора фильтра находятся на правой стороне, для шести двунаправленных переключающих устройств 311-316, размещаемых так, что три находятся на левой стороне от осевой линии CL, а другие три переключающих устройства находятся на правой стороне, можно уменьшать расстояние или длину прокладки соединительных проводов для каждого из конденсаторов 821-826 фильтра и двунаправленных переключающих устройств 311-316.

[0031] В этом примере левые три и правые три из конденсаторов 821-826 фильтра располагаются на внешних сторонах области, в которой шесть двунаправленных переключающих устройств 311-316 формируются относительно осевой линии CL. Конкретно, как показано на фиг.2D, левые три и правые три из конденсаторов 821-826 фильтра закрепляются в верхней части шинопроводов. С помощью компоновки, в которой конденсаторы 821-826 фильтра размещаются таким образом, что двунаправленные переключающие устройства 311-316 находятся между левыми тремя конденсаторами фильтра и правыми тремя конденсаторами фильтра, можно минимизировать разнесение между левым и правым двунаправленными переключающими устройствами 31L и 31R в направлении влево и вправо. Следовательно, можно задавать расстояние или длину в направлении влево и вправо радиатора 10 равным минимальному значению. Как результат, можно уменьшать размер радиатора 10 по сравнению с компоновкой в другом примере, показанном на фиг.4A.

[0032] Левые три и правые три из конденсаторов 821-826 фильтра монтируются на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL, как показано на фиг.2, показывающей вид сверху и вид сбоку фактического устройства.

[0033] Вышеприведенное пояснение направлено на конструкцию соединения шинопроводов. Как показано на фиг.2B, шинопровод 331 формирует выходную линию P, соединяющую выходные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 и протягивающуюся к трансформатору 4. Шинопровод 332 формирует выходную линию N, соединяющую выходные клеммы двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 и протягивающуюся к трансформатору 4. Шинопровод 333 является шинопроводом, соединяющим входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311 и 312 и включающим в себя первый концевой фрагмент, который проходит наружу в направлении влево за пределы входной клеммы двунаправленного переключающего устройства 311 и который соединяется с шинопроводом 336, чтобы подключать конденсатор 823 фильтра, и второй концевой фрагмент, который проходит наружу в направлении вправо за пределы входной клеммы двунаправленного переключающего устройства 312 и который соединяется с шинопроводом 337, чтобы подключать конденсатор 826 фильтра (см. фиг.2C и фиг.3 на предмет состояния соединения конденсаторов 823 фильтра и 826). Шинопроводы 336 и 337, соединенные с обоими концами шинопровода 333, наклонены относительно линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315, которая представляет собой линию, проходящую в направлении вверх и вниз при просмотре на фиг.2C.

[0034] Шинопровод 334 является шинопроводом, соединяющим входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 313 и 314 и включающим в себя первый концевой фрагмент, который проходит наружу в направлении влево за пределы входной клеммы двунаправленного переключающего устройства 313 и который соединяется с шинопроводом 338, чтобы соединять конденсаторы 821 и 822 фильтра, и второй концевой фрагмент, который проходит наружу в направлении вправо за пределы входной клеммы двунаправленного переключающего устройства 314 и который соединяется с шинопроводом 339, чтобы соединять конденсаторы 824 и 825 фильтра (см. фиг.2C и фиг.3 на предмет состояния соединения конденсаторов 821, 822, 824 и 825 фильтра). Шинопроводы 338 и 339, соединенные с обоими концами шинопровода 334, проходят вдоль линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315, которая представляет собой линию, проходящую в направлении вверх и вниз при просмотре в виде сверху на левой стороне (фиг.2C) по фиг.2.

[0035] Шинопровод 335 является шинопроводом, соединяющим входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 315 и 316 и включающим в себя первый концевой фрагмент, который проходит наружу в направлении влево за пределы входной клеммы двунаправленного переключающего устройства 315 и который соединяется с шинопроводом 340, чтобы подключать конденсатор 823 фильтра, и второй концевой фрагмент, который проходит наружу в направлении вправо за пределы входной клеммы двунаправленного переключающего устройства 316 и который соединяется с шинопроводом 341, чтобы подключать конденсатор 826 фильтра (см. фиг.2C и фиг.3 на предмет состояния соединения конденсаторов 823 и 826 фильтра). Шинопроводы 340 и 341, соединенные с обоими концами шинопровода 335, наклонены относительно линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315, которая представляет собой линию, проходящую в направлении вверх и вниз при просмотре на фиг.2C.

[0036] Как показано на фиг.2D, эти шинопроводы 333, 334 и 335 соединяются с входными клеммами двунаправленных переключающих устройств 311-316 через множество шинопроводов 345 и 346 и располагаются в позиции или на уровне выше шинопроводов 331 и 332, формирующих выходные линии P и N. В этой компоновке шинопроводы 333-335 и шинопроводы 331 и 332 отстоят в направлении высоты или вертикальном направлении на предварительно определенный зазор без помех способом пересечения на разных уровнях или многоуровневого пересечения.

[0037] Как показано посредством пунктирных линий на фиг.2C, конденсаторы 821, 822 и 823 фильтра располагаются на внешней стороне относительно осевой линии CL и размещаются таким образом, что центры конденсаторов 821, 822 и 823 фильтра находятся соответственно в вершинах треугольника (предпочтительно равнобедренного треугольника либо равностороннего или правильного треугольника), который ориентируется так, что одна из вершин направлена в направлении наружу. С помощью компоновки из трех конденсаторов 821, 822 и 823 фильтра, расположенных в вершинах треугольника, можно задавать длины межсоединений между конденсаторами равными минимальным расстояниям, уменьшать размер устройства 3 преобразования энергии и осуществлять надлежащую настройку между конденсаторами. Кроме того, с помощью компоновки, в которой треугольник ориентируется таким образом, что одна из вершин треугольника направлена в направлении наружу, можно улучшать баланс межсоединения, подключенного к конденсаторам, и сокращать расстояние до каждого из шинопроводов 333, 334 и 335, по сравнению с компоновкой, в которой одна из вершин треугольника направлена в направлении внутрь.

[0038] Конденсатор 821 фильтра, подключенный между R-фазой и S-фазой, монтируется на верхней поверхности шинопровода 342. Конденсатор 822 фильтра, подключенный между S-фазой и T-фазой, монтируется на верхней поверхности шинопровода 343. Два шинопровода 342 и 343 наклонены относительно линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315, т.е. линии, проходящей в направлении вверх и вниз на фиг.2C. Кроме того, эти два шинопровода 342 и 343 проходят вдоль линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315, т.е. линии, проходящей в направлении вверх и вниз на фиг.2C и соединенной с шинопроводами 333, 342 и 335. Конденсаторы 824 и 825 фильтра на правой стороне от осевой линии CL размещаются симметрично относительно осевой линии CL.

[0039] С помощью компоновки, в которой шинопроводы 342 и 343 наклонены относительно линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315, можно задавать расстояние межсоединений равным расстоянию межсоединений конденсатора 823 фильтра, подключенного между R-фазой и T-фазой, в максимально возможной степени. Следовательно, можно осуществлять настройку между конденсаторами 821, 822 и 823 фильтра. Кроме того, с помощью компоновки, в которой шинопроводы 342 и 343 предоставляются вдоль линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315, можно уменьшать расстояния соединения конденсаторов 821 и 822 фильтра с шинопроводами 333, 334 и 335, и, следовательно, можно уменьшать размер устройства 3 преобразования энергии. С помощью компоновки, в которой каждый из конденсаторов 821-826 фильтра располагается на верхней поверхности шинопроводов, а именно компоновки, в которой двунаправленные переключающие устройства 311-316 располагаются на одной стороне шинопроводов, и конденсаторы 821-826 фильтра находятся на противоположной стороне шинопроводов, повышается конструктивная свобода или гибкость схемы размещения конденсаторов 821-826 фильтра.

[0040] Конденсатор 823 фильтра, подключенный между R-фазой и T-фазой, монтируется на верхней поверхности шинопровода 344, подключенного между шинопроводами 336 и 340. Этот шинопровод 344 располагается таким образом, что шинопровод 344 является параллельным линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315.

[0041] Далее приводится пояснение касательно примера реализации трех диодов и одного демпфирующего конденсатора или емкости, формирующей одну из демпфирующих схем 32, показанных на фиг.1. В случае демпфирующей схемы 321 двунаправленного переключающего устройства 311, например, как показано на фиг.1, первая клемма демпфирующей схемы 321 соединяется с входной клеммой двунаправленного переключающего устройства 311, вторая клемма демпфирующей схемы 321 соединяется с промежуточной клеммой двунаправленного переключающего устройства 311 и третья клемма соединяется с выходной клеммой двунаправленного переключающего устройства 311. Следовательно, как показано на фиг.2C и 2D, три диода закрепляются и соединяются соответственно с помощью крепежных скоб 351-356, которые изготавливаются из проводника и соединяются с промежуточными клеммами двунаправленных переключающих устройств 31L и 31R. Фиг.2D показывает только крепежную скобу 355.

[0042] В этом примере система преобразования использует электролитический конденсатор относительно большого размера для демпфирующих конденсаторов и использует демпфирующий конденсатор 327, общий для шести демпфирующих схем 321-326 (см. фиг.3). Шинопроводы 347 и 348 для подключения этого демпфирующего конденсатора 327 и трех диодов формируются с возможностью идти между шинопроводами 331 и 332, формирующими выходные линии P и N, в направлении, идентичном направлению выходных линий.

[0043] Как показано на фиг.2D и фиг.3, два шинопровода 347 и 348, соединенные с демпфирующим конденсатором 327, закрепляются на уровне выше шинопроводов 331 и 332, формирующих выходные линии P и N, и ниже шинопроводов 333, 334 и 335. Два шинопровода 347 и 348 поддерживаются посредством радиатора 10 или основания (не показано), отличного от радиатора 10. По своему усмотрению можно предоставлять изоляционное покрытие на поверхностях шинопроводов 347 и 348, чтобы предотвращать короткое замыкание с шинопроводами 333, 334 и 335.

[0044] В отношении схемы размещения шинопроводов 311 и 312, формирующих выходные линии P и N, и шинопроводов 347 и 348, проходящих к демпфирующему конденсатору 327, расположение шинопроводов 347 и 348 между шинопроводами 311 и 312 позволяет уменьшать расстояния межсоединений выходных линий P и N и расстояния межсоединений до демпфирующего конденсатора 327. Кроме того, задание шинопроводов 347 и 348 в позиции выше шинопровода 311 и 312 позволяет уменьшать расстояния от диодов демпфирующих схем 321-326.

[0045] Согласно этому варианту осуществления, можно предоставлять следующие преимущества.

1) Для шести двунаправленных переключающих устройств 311-316, причем три устройства находятся на одной из левой и правой сторон от осевой линии CL, а другие три устройства находятся на другой стороне, шесть конденсаторов 821-826 фильтра располагаются таким образом, что три из шести конденсаторов фильтра располагаются на левой стороне от осевой линии CL относительно трех устройств на левой стороне, и оставшиеся три конденсатора фильтра располагаются на правой стороне от осевой линии CL относительно правых трех двунаправленных переключающих устройств. Следовательно, можно уменьшать расстояния прокладки проводов или межсоединений конденсаторов 821-826 фильтра и двунаправленных переключающих устройств 311-316.

[0046] 2) В этом примере пара двунаправленных переключающих устройств 311 и 312, пара двунаправленных переключающих устройств 313 и 314 и пара двунаправленных переключающих устройств 315 и 316 размещаются таким образом, что два устройства каждой пары размещаются рядом на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL соответственно. Эта схема размещения позволяет удлинять выходные линии P и N (шинопроводы 331 и 332) в одном направлении на небольшое расстояние. Следовательно, схема размещения этого примера позволяет ограничивать влияние L-компонента или индуктивности, хотя более длинный провод для вывода высокочастотной энергии переменного тока подвержен влиянию L-компонента.

[0047] 3) В этом примере три из конденсаторов 821-826 фильтра на левой стороне и другие три из конденсаторов фильтра на правой стороне располагаются на внешних сторонах области, в которой шесть двунаправленных переключающих устройств 311-316 предоставляются относительно осевой линии CL таким образом, что область двунаправленных переключающих устройств находится между тремя конденсаторами фильтра на левой стороне и другими тремя конденсаторами фильтра на правой стороне. Следовательно, можно минимизировать разнесение в направлении влево и вправо между расположенными на левой стороне двунаправленными переключающими устройствами 31L и расположенными на правой стороне двунаправленными переключающими устройствами 31R. Следовательно, можно задавать расстояние или размер радиатора 10 в направлении влево и вправо равным минимальному расстоянию и, следовательно, уменьшать размер радиатора 10.

[0048] 4) В этом примере шинопроводы 333, 334 и 335 соединяют входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311 и 312, размещаемых на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL в паре, входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 313 и 314, размещаемых на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL в паре, и входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 315 и 316, размещаемых на левой стороне и на правой стороне от осевой линии CL в паре соответственно. Следовательно, конденсаторы 82L и 82R фильтра, предоставленные между фазами, могут быть применены для общего использования. Следовательно, можно уменьшать емкость каждого конденсатора фильтра и, как следствие, уменьшать размер конденсаторов фильтра.

[0049] 5) В этом примере к входным клеммам двунаправленных переключающих устройств 31L расположенные на левой стороне входные линии R, S и T проходят в направлении внутрь к осевой линии CL. Аналогично, к входным клеммам двунаправленных переключающих устройств 31R расположенные на правой стороне входные линии R, S и T проходят в направлении внутрь к осевой линии CL. Следовательно, можно уменьшать расстояние или размер радиатора 10 в направлении влево и вправо.

[0050] 6) В этом примере конденсаторы 821-826 фильтра располагаются на верхней стороне шинопроводов. Другими словами, двунаправленные переключающие устройства 311-316 располагаются на одной стороне шинопроводов, а конденсаторы 821-826 фильтра располагаются на другой стороне шинопроводов. Следовательно, повышается свобода конструктивного исполнения размещения конденсаторов 821-826 фильтра.

[0051] 7) В этом примере, в отношении компоновки шинопроводов 311 и 312, формирующих выходные линии P и N, и шинопроводов 347 и 348 для демпфирующего конденсатора 327, шинопроводы 347 и 348 располагаются между шинопроводами 311 и 312. Следовательно, можно уменьшать расстояния, включающие в себя расстояния выходных линий P и N и расстояния межсоединений до демпфирующих конденсаторов 327.

[0052] 8) В этом примере шинопроводы 347 и 348 располагаются в позиции выше шинопроводов 311 и 312. Следовательно, можно уменьшать расстояния от диодов демпфирующих схем 321-326.

[0053] 9) В этом примере три конденсатора 821, 822 и 823 фильтра позиционируются на вершинах треугольника соответственно. Следовательно, можно минимизировать расстояния межсоединений между конденсаторами, уменьшать размер устройства 3 преобразования энергии и осуществлять настройку между конденсаторами.

[0054] 10) В этом примере три конденсатора, позиционируемые таким образом, что они формируют треугольник, размещаются таким образом, что одна вершина треугольника направлена в направлении наружу. Следовательно, можно улучшать баланс межсоединения, соединенного с конденсаторами, по сравнению с компоновкой, в которой одна вершина направлена в направлении внутрь, и уменьшать расстояние до каждого из шинопроводов 333, 334 и 335.

[0055] 11) В этом примере шинопроводы 342 и 343 наклонены относительно линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315. Следовательно, можно задавать расстояние межсоединений равным расстоянию межсоединений конденсатора 823 фильтра, подключенного между R-фазой и T-фазой, в максимально возможной степени. Следовательно, можно осуществлять настройку между конденсаторами 821, 822 и 823 фильтра.

[0056] 12) В этом примере шинопроводы 342 и 343 предоставляются вдоль линии, соединяющей входные клеммы двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315. Следовательно, можно уменьшать расстояния соединения конденсаторов 821 и 822 фильтра с шинопроводами 333, 334 и 335 и, следовательно, можно уменьшать размер устройства 3 преобразования энергии.

[0057] Другие варианты осуществления

Согласно настоящему изобретению, возможны варьирования и модификации помимо предыдущего варианта осуществления. Далее приводится пояснение касательно примеров разновидностей согласно настоящему изобретению. Тем не менее, нет намерения ограничения настоящего изобретения вышеупомянутым вариантом осуществления и нижеприведенными вариантами осуществления. Элементам, используемым в вышеупомянутом варианте осуществления, присваиваются идентичные условные обозначения, и пояснение исключается надлежащим образом.

[0058] В вышеупомянутом варианте осуществления, как показано на фиг.3, три расположенных на левой стороне конденсатора 82L фильтра и три расположенных на правой стороне конденсатора 82R фильтра располагаются, соответственно, на внешних сторонах двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315 и на внешней стороне двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 относительно осевой линии CL в качестве центра. Тем не менее, как показано на фиг.4A и 4B, можно размещать три расположенных на левой стороне конденсатора 82L фильтра и три расположенных на правой стороне конденсатора 82R фильтра между двунаправленными переключающими устройствами 311, 313 и 315 на левой стороне от осевой линии CL и двунаправленными переключающими устройствами 312, 314 и 316 на правой стороне от осевой линии CL.

[0059] Кроме того, в вышеупомянутом варианте осуществления, как показано на фиг.3, двунаправленные переключающие устройства 311, 313 и 315 располагаются на правой стороне от осевой линии CL, и двунаправленные переключающие устройства 312, 314 и 316 располагаются на правой стороне от осевой линии CL. Тем не менее, можно использовать компоновку, в которой, как показано на фиг.5, двунаправленные переключающие устройства 311, 313 и 315 и двунаправленные переключающие устройства 312, 314 и 316 располагаются вдоль осевой линии CL.

[0060] В вышеупомянутом варианте осуществления, как показано на фиг.3, три двунаправленных переключающих устройства 311, 313 и 315 располагаются на левой стороне от осевой линии CL, три двунаправленных переключающих устройства 312, 314 и 316 располагаются на правой стороне от осевой линии, и входные клеммы и выходные клеммы шести двунаправленных переключающих устройств 311-316 размещаются симметрично относительно осевой линии CL способом осевой симметрии или зеркальной симметрии. Тем не менее, как показано на фиг.6, можно использовать компоновку, в которой три двунаправленных переключающих устройства 311, 313 и 315 располагаются на левой стороне от осевой линии CL, три двунаправленных переключающих устройства 312, 314 и 316 располагаются на правой стороне от осевой линии, и входные и выходные клеммы трех расположенных на левой стороне двунаправленных переключающих устройств 311, 313 и 315, а также входные и выходные клеммы расположенных на правой стороне двунаправленных переключающих устройств 312, 314 и 316 размещаются таким же образом. В этом случае два набора входных линий R, S и T проходят в идентичном направлении (в направлении вправо в проиллюстрированном примере) и соединяются с входными клеммами соответствующих двунаправленных переключающих устройств.

[0061] Кроме того, в вышеупомянутом варианте осуществления, как показано на фиг.3, конденсаторы 821-826 фильтра предоставляются между двумя фазами таким образом, что каждое из шести двунаправленных переключающих устройств 311-316 уникально соответствует одному из шести конденсаторов фильтра. Тем не менее, как показано на фиг.7, можно использовать компоновку, в которой конденсаторы 821-826 фильтра предоставляются между двумя фазами таким образом, что каждое из шести двунаправленных переключающих устройств 311-316 уникально соответствует множеству конденсаторов фильтра (двум из конденсаторов фильтра в проиллюстрированном примере).

[0062] В этом случае конденсаторы фильтра могут быть расположены в центральной области устройства 3 преобразования энергии, как показано на фиг.8, или могут быть расположены на внешних сторонах устройства 3 преобразования энергии, как показано на фиг.9. В случае компоновки, в которой конденсаторы фильтра располагаются в центральной области устройства 3 преобразования энергии, как показано на фиг.8, можно использовать свободное пространство, и, следовательно, ограничивать или уменьшать размер устройства 3 преобразования энергии в максимально возможной степени.

[0063] Двунаправленные переключающие устройства 311, 313 и 315 соответствуют первому переключающему устройству или элементу в формуле настоящего изобретения, и двунаправленные переключающие устройства 312, 314 и 316 соответствуют второму переключающему устройству или элементу в формуле настоящего изобретения. Устройство 3 преобразования энергии соответствует схеме преобразования в формуле настоящего изобретения. Конденсаторы 821-826, 831-836 фильтра соответствуют конденсаторам в формуле настоящего изобретения. Шинопроводы 331 и 332 соответствуют выходной линии в формуле настоящего изобретения.

Устройство преобразования энергии для преобразования энергии многофазного переменного тока непосредственно в энергию переменного тока. Схема преобразования включает в себя множество первых переключающих устройств (311, 313, 315) и множество вторых переключающих устройств (312, 314, 316), соединенных соответственно с фазами R, S, T энергии многофазного переменного тока и выполненных с возможностью обеспечивать операцию электрического переключения в обоих направлениях. Предусмотрено множество конденсаторов (821-826), соединенных со схемой преобразования. По меньшей мере один из конденсаторов обеспечен для каждого из первых переключающих устройств и вторых переключающих устройств между двумя из фаз энергии многофазного переменного тока. Технический результат - можно уменьшать расстояние межсоединений между конденсатором и переключающими устройствами. 4 з.п.ф-лы, 13 ил.

1. Устройство преобразования энергии для преобразования энергии многофазного переменного тока непосредственно в энергию переменного тока, причем устройство преобразования энергии содержит:
- схему преобразования, включающую в себя множество первых переключающих устройств, соединенных соответственно с фазами энергии многофазного переменного тока и выполненных с возможностью обеспечивать операцию электрического переключения в обоих направлениях, и множество вторых переключающих устройств, соединенных соответственно с фазами энергии многофазного переменного тока и выполненных с возможностью обеспечивать операцию электрического переключения в обоих направлениях; и
- множество конденсаторов, соединенных со схемой преобразования;
- причем по меньшей мере один из конденсаторов обеспечен для каждого из первых переключающих устройств и вторых переключающих устройств между двумя из фаз энергии многофазного переменного тока, соответствующих каждому из первых переключающих устройств и вторых переключающих устройств;
- при этом множество шинопроводов на входной стороне, соответствующих соответственно фазам энергии многофазного переменного тока, размещены рядом друг с другом;
- каждый из шинопроводов соединяет входные клеммы одного из первых переключающих устройств и одного из вторых переключающих устройств, соответствующих одной из фаз, друг с другом; и
- по меньшей мере один из конденсаторов расположен в первом фрагменте каждого из шинопроводов, около входных клемм первых переключающих устройств, между двумя из фаз энергии многофазного переменного тока, и по меньшей мере один из конденсаторов расположен во втором фрагменте каждого из шинопроводов, около входных клемм вторых переключающих устройств, между двумя из фаз энергии многофазного переменного тока.

2. Устройство преобразования энергии по п. 1, в котором первые переключающие устройства и вторые переключающие устройства размещены в качестве пространственной компоновки рядом с выходной линией схемы преобразования в форме параллельной компоновки.

3. Устройство преобразования энергии по п. 1, в котором выходные клеммы одного из первых переключающих устройств и одного из вторых переключающих устройств, соответствующих одной из фаз, размещены рядом в паре; и в котором конденсаторы расположены в качестве пространственной компоновки на внешней стороне выходных клемм первых переключающих устройств и вторых переключающих устройств, размещаемых в паре.

4. Устройство преобразования энергии по п. 2, в котором выходные клеммы одного из первых переключающих устройств и одного из вторых переключающих устройств, соответствующих одной из фаз, размещены рядом в паре; и в котором конденсаторы расположены в качестве пространственной компоновки на внешней стороне выходных клемм первых переключающих устройств и вторых переключающих устройств, размещаемых в паре.

5. Устройство преобразования энергии по п. 1, в котором
конденсаторы, соединенные с первыми переключающими устройствами, и конденсаторы, соединенные со вторыми переключающими устройствами, соединены друг с другом.