本發(fā)明涉及使用多個電力開關元件來構成的三電平電力轉換裝置。

背景技術：

電力轉換裝置具有通過使多個電力開關元件動作而將直流電力轉換為與任意的振幅、頻率的交流電壓指令等效的電壓的交流電力生成功能、與其相逆地進行轉換的直流電力生成功能。在該電力轉換裝置中，將能夠向交流端子側輸出正電壓、負電壓和零電壓這三個電壓的裝置稱為三電平電力轉換裝置。三電平電力轉換裝置具備具有例如4種開關動作分類的電路結構。該三電平電力轉換裝置針對交流電壓指令，將開關模式的指令信號提供給各柵極驅動器，從而各電力開關元件進行接通(on)/斷開(off)的動作，在ac輸出端輸出與交流電壓指令等效的電壓。三電平電力轉換裝置還能夠將任意的振幅、頻率的交流電壓轉換為直流電壓。

一般，在使用了電力開關元件的三電平電力轉換裝置中為了使輸出容量增加，有將在箱型的框體中匯集了多個電力轉換主電路的電力轉換單元(電力開關元件集合體)并聯(lián)地連接多個的方法。該電力轉換單元包含上述4種開關動作分類。

伴隨著近年來的交流感應電動機的大容量化，三電平電力轉換裝置期望大容量化和小型化。在專利文獻1的摘要的解決手段中記載為“在三電平電力轉換裝置中，以使包括開關元件和續(xù)流二極管的電力轉換模塊1～4的長度方向與裝置框體的底面平行的方式，配置于電力轉換模塊集合體20。在規(guī)定的長度的范圍內，將電力轉換模塊1～4在與裝置框體平行的方向上依次排列配置，關于超過上述規(guī)定的長度的部分的電力轉換模塊1～4，改變等級來配置。”。

專利文獻1：日本特開2014-116995號公報

技術實現(xiàn)要素：

在該電力轉換裝置中，以往的電力轉換單元是以包含三電平電力轉換電路的1相的方式平面狀地配置部件而構成的。通過這樣的結構，如果以施加電壓的提高為目的而將各電力開關元件設為串聯(lián)兩個以上的結構，則存在電路規(guī)模變大，電力轉換裝置大型化的擔憂。

同樣地，即使在以裝置的電力容量的增加為目的而將各電力開關元件進行了并聯(lián)的結構的情況下，由于安裝的制約而使設計的自由度降低，作為結果，存在電力轉換裝置大型化的擔憂。

而且，在電力開關元件中產生了導通損壞等事故時，為了修復電力轉換裝置，需要使電力開關元件的特性在并聯(lián)之間一致。因此，不僅是包括損壞的電力轉換開關元件的該電力轉換單元，而且與該電力轉換單元形成并聯(lián)結構的其它電力轉換單元也成為其更換范圍。因此，相比于故障范圍，更換范圍更寬，所以存在修復時間以及修復費用變大的擔憂。

并且，在電力轉換單元內的電力開關元件在電力轉換裝置動作中引起短路等故障的情況下，影響會連鎖地還波及到處于短路系統(tǒng)路徑上的其它電力開關元件，存在導通損壞的擔憂。因此，期望防止事故時的二次損害。

因此，本發(fā)明的課題在于，實現(xiàn)電力轉換裝置的小型化，并且減少事故時的二次損害。

為了解決所述課題，本發(fā)明的三電平電力轉換裝置連接有將直流電壓與任意的頻率、振幅的交流電壓相互轉換的多個電力轉換主電路。在排列有同一動作單位的電力開關元件的開關元件構造體和排列有二極管的二極管元件構造體通過不限上下左右的安裝而構成的構造體內，使多個所述電力轉換主電路并聯(lián)。

關于其它手段，在具體實施方式中進行說明。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種電力轉換裝置，可實現(xiàn)電力轉換裝置的小型化，并且減少事故時的二次損害。

附圖說明

圖1是本實施方式中的三電平電力轉換裝置的結構圖。

圖2是示出本實施方式中的三電平電力轉換電路的電路圖。

圖3是示出igbt單元的詳情的電路圖。

圖4是示出在本實施方式中的三電平電力轉換電路中發(fā)生了故障的情形的圖。

圖5是示出在本實施方式中的三電平電力轉換電路中在故障之后停止的情形的圖。

圖6是三電平電力轉換電路的主視圖。

圖7是示出一相部分的三電平電力轉換電路的電路圖。

圖8是電力轉換單元的主視圖。

圖9是電力轉換單元的側視圖。

圖10是電力轉換單元的立體圖。

圖11是示出鉗位二極管單元的主視圖。

圖12是示出鉗位二極管單元的側視圖。

圖13是示出鉗位二極管單元的立體圖。

圖14是比較例的三電平電力轉換裝置的結構圖。

圖15是示出比較例的三電平電力轉換電路的電路圖。

圖16是示出igbt元件和柵極驅動器的詳情的電路圖。

圖17是示出在比較例的三電平電力轉換電路中發(fā)生了故障的情形的圖。

圖18是示出在比較例的三電平電力轉換電路中由于故障而各元件發(fā)生了導通損壞的情形的圖。

(符號說明)

1：三電平電力轉換裝置；10：控制部；11u：u相電路；11v：v相電路；11w：w相電路；12、12a～12i：電力轉換主電路；13：鉗位二極管單元(二極管元件構造體)；14：igbt單元(第一開關元件構造體)；15：igbt單元(第二開關元件構造體)；16：igbt單元(第三開關元件構造體)；17：igbt單元(第四開關元件構造體)；18：柵極驅動器；19：過電壓檢測電路；20：過電壓抑制電路；21～28、30～34：總線；41～48：總線；50a、50b：散熱器；51：支承體；52：金屬板；53：金屬板；60p、60n：散熱器；61：支承板；9：三電平電力轉換裝置；90：控制部；91u：u相電路；91v：v相電路；91w：w相電路；92、92a～92i：電力轉換主電路。

具體實施方式

以下，參照各附圖，說明用于實施本發(fā)明的方式。此外，在各圖中，對共同的構成要素附加同一符號而省略重復的說明。

比較例以及本實施方式的三電平電力轉換裝置是將直流電壓轉換為任意的頻率、振幅的交流電壓的逆變器。該三電平電力轉換裝置被應用于例如在鋼鐵壓延設備等中使用的交流感應電動機的驅動控制。

《比較例的三電平電力轉換裝置》

圖14是比較例的三電平電力轉換裝置9的結構圖。

三電平電力轉換裝置9由u相電路91u、v相電路91v、w相電路91w這三相構成。v相電路91v、w相電路91w的結構與u相電路91u相同。

u相電路91u是將電力轉換主電路92a～92c并聯(lián)地連接而構成的。這些電力轉換主電路92a～92c分別與正側直流電源母線(以下記載為“p母線”)、中性點母線(以下記載為“c母線”)、負側直流電源母線(以下記載為“n母線”)連接而被供給直流電壓，向節(jié)點uaco輸出u相的交流電壓。電力轉換主電路92b、92c的電路結構與電力轉換主電路92a相同。

v相電路91v是將電力轉換主電路92d～92f并聯(lián)地連接而構成的。這些電力轉換主電路92d～92f分別與p母線、c母線、n母線連接而被供給直流電壓，向節(jié)點vaco輸出v相的交流電壓。電力轉換主電路92e、92f的電路結構與電力轉換主電路92d相同。

w相電路91w是將電力轉換主電路92g～92i并聯(lián)地連接而構成的。這些電力轉換主電路92g～92i分別與p母線、c母線、n母線連接而被供給直流電壓，向節(jié)點waco輸出w相的交流電壓。電力轉換主電路92h、92i的電路結構與電力轉換主電路92g相同。

以下，在不特別區(qū)分電力轉換主電路92a～92i時，簡單地記載為電力轉換主電路92。

負載l與節(jié)點uaco、vaco、waco連接而被施加交流電壓。該負載l是例如交流感應電動機等。

關于u相電路91u、v相電路91v以及w相電路91w，三相都是相同的結構。在u相電路91u、v相電路91v、w相電路91w的各相中，通過將同樣的電力轉換主電路92并聯(lián)地連接多個，從而能夠增加三電平電力轉換裝置9的輸出容量。

圖15是示出比較例的電力轉換主電路92的電路圖。

電力轉換主電路92是使用igbt元件q11～q14作為電力開關元件、并利用二極管元件d3、d4而鉗位到中性點(中點)的npc(neutralpointclamped，中點鉗位)方式的電力轉換電路。igbt元件q11～q14是具備絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor：igbt；以下記載為“igbt”)以及在集電極-發(fā)射極之間連接的續(xù)流用二極管的元件。對各igbt元件q11～q14連接有柵極驅動器18，通過控制部90來控制該柵極驅動器18。在后述的圖16中，詳細說明這些igbt元件q11～q14。

在比較例中，正側的igbt元件q11將p母線的電位經(jīng)由igbt元件q12而輸出到節(jié)點aco。對于p母線，通過直流電源ep而施加直流電壓。

第一中性點的igbt元件q12以及第二中性點的igbt元件q13在igbt元件q11、q12斷開時將c母線的電位輸出到節(jié)點aco。

負側的igbt元件q14將n母線的電位經(jīng)由igbt元件q13而輸出到節(jié)點aco。這些igbt元件q11～q14串聯(lián)地連接在p母線與n母線之間。各柵極驅動器18與控制部90連接，對各igbt元件q11～q14的柵極供給驅動信號。

另外，在電力轉換主電路92中，構成為包括兩個鉗位用的二極管元件d3、d4。正側鉗位用的二極管元件d3以及負側鉗位用的二極管元件d4是二合一(2in1)二極管元件。在igbt元件q11、q12的連接點與c母線之間，連接用于輸出c母線的電位的正側鉗位用的二極管元件d3。另外，在igbt元件q13、q14的連接點與c母線之間，連接用于輸出c母線的電位的負側鉗位用的二極管元件d4。在電力轉換主電路92中，各igbt元件q11～q14進行開關動作，從而從作為輸出點的節(jié)點aco對負載l輸出交流電力。

《開關動作》

在向節(jié)點aco輸出正電壓的脈沖時，控制部90使igbt元件q11、q12接通，使igbt元件q13、q14斷開。由此，p母線的電位被輸出到節(jié)點aco。

另外，在向節(jié)點aco輸出零電壓時，控制部90使igbt元件q12、q13接通，使igbt元件q11、q14斷開。由此，c母線的電位被輸出到節(jié)點aco。

在向節(jié)點aco輸出負電壓的脈沖時，控制部90使igbt元件q13、q14接通，使igbt元件q11、q12斷開。由此，n母線的電位被輸出到節(jié)點aco。

電力轉換主電路92的控制部90輸出由上述那樣的以零點為中心的正脈沖和負脈沖構成的pwm(pulsewidthmodulation，脈沖寬度調制)脈沖，所以相比于二電平電力轉換電路，能夠向節(jié)點aco輸出更接近正弦波的交流電壓。

圖16是示出igbt元件q11和柵極驅動器18等的詳情的電路圖。

對比較例的igbt元件q11連接有柵極驅動器18、過電壓檢測電路19、過電壓抑制電路20。

過電壓抑制電路20構成為包括并聯(lián)地連接在igbt元件q11的集電極-柵極之間的齊納二極管(未圖示)。在該過電壓抑制電路20中，如果集電極-柵極之間被施加過電壓則在齊納二極管中流過電流，對igbt元件q11的柵極供給充電電流。由此，使igbt元件q11的阻抗降低，在過電壓時保護igbt元件q11。

過電壓檢測電路19和柵極驅動器18連接在柵極-發(fā)射極之間。柵極驅動器18使指令信號流向igbt元件q11的柵極。過電壓檢測電路19通過識別為過電壓抑制電路20的輸出信號與從柵極驅動器18流入igbt元件q11的指令信號不一致，判斷為產生過電壓。由此，控制部90(參照圖15)能夠停止運轉來防止元件的導通損壞。

《比較例的問題點》

在比較例的電力轉換主電路92中，在igbt元件q11～q14中的某一個導通損壞時，存在發(fā)生二次性的元件損壞的擔憂。參照圖17和圖18對其進行說明。

圖17是示出在比較例的電力轉換主電路92中發(fā)生了故障的情形的圖。

將在igbt元件q11、q12接通、igbt元件q13、q14斷開時在電力轉換主電路92中流過的電流表示為路徑73。電流從p母線經(jīng)由igbt元件q11、q12和節(jié)點aco而流入到負載l。此時，如果igbt元件q13錯誤地接通或者導通損壞，則如圖18所示其它元件也導通損壞。

圖18示出由于故障而各元件導通損壞的圖。

此時，將在電力轉換主電路92中流過的電流表示為路徑74。電流從p母線經(jīng)由igbt元件q11、q12、q13和二極管元件d4而流入到c母線。由于這樣的直流短路，導致igbt元件q11、q12和二極管元件d4損壞。

串聯(lián)連接的igbt元件q11被施加與igbt元件q11～q14這四個元件相應的電壓而電壓上升，但能夠通過過電壓檢測電路19(參照圖16)來檢測附近的igbt元件的故障，使運轉停止，從而防止進一步的損害。但是，如果考慮igbt元件q13由于過電壓而受到損傷，則需要在運轉停止之后更換igbt元件q11～q14和二極管元件d4。即，必須將1相的結構全部更換。

《本實施方式的電力轉換電路結構例》

圖1所示的三電平電力轉換裝置1具備分別使用了3個將直流電壓轉換為任意的頻率、振幅的交流電壓的電力轉換主電路12(參照圖2)的u相電路11u、v相電路11v、w相電路11w這三相。v相電路11v、w相電路11w的結構與u相電路11u的結構相同。

u相電路11u是將電力轉換主電路12a～12c并聯(lián)地連接而構成的。這些電力轉換主電路12a～12c分別與p母線、c母線、n母線連接而被供給直流電壓，向節(jié)點uaco輸出u相的交流電壓。電力轉換主電路12b、12c的電路結構與電力轉換主電路12a相同。而且，電力轉換主電路12a～12c共有排列有同一動作單位的igbt元件的igbt單元14～17、以及排列有二極管的鉗位二極管單元13。在這些igbt單元14～17和鉗位二極管單元13通過不限上下左右的安裝而構成的構造體內使電力轉換主電路12a～12c并聯(lián)。igbt元件、二極管分別以同一動作單位被單元化，所以能夠容易地進行同一動作單位下的更換。

關于圖1的igbt單元14，記載有表示動作單位的“qp”，與比較例的igbt元件q11(參照圖15)同樣地動作。關于igbt單元15，記載有表示動作單位的“qpc”，與比較例的igbt元件q12(參照圖15)同樣地動作。關于igbt單元16，記載有表示動作單位的“qnc”，與比較例的igbt元件q13(參照圖15)同樣地動作。關于igbt單元17，記載有表示動作單位的“qn”，與比較例的igbt元件q14(參照圖15)同樣地動作。關于鉗位二極管單元13，記載有表示動作單位的“d”。

v相電路11v是將電力轉換主電路12d～12f并聯(lián)地連接而構成的。這些電力轉換主電路12d～12f分別與p母線、c母線、n母線連接而被供給直流電壓，向節(jié)點vaco輸出v相的交流電壓。電力轉換主電路12e、12f的結構與電力轉換主電路12d的結構相同。而且，電力轉換主電路12d～12f共有排列有同一動作單位的igbt元件的igbt單元14～17、以及排列有同一動作單位的二極管的鉗位二極管單元13。由此，能夠以同一動作單位來更換igbt元件、二極管。

w相電路11w是將電力轉換主電路12g～12i并聯(lián)地連接而構成的。這些電力轉換主電路12g～12i分別與p母線、c母線、n母線連接而被供給直流電壓，向節(jié)點waco輸出w相的交流電壓。電力轉換主電路12h、12i的電路結構與電力轉換主電路12g相同。而且，電力轉換主電路12g～12i共有排列有同一動作單位的igbt元件的igbt單元14～17、以及排列有同一動作單位的二極管的鉗位二極管單元13。由此，能夠以同一動作單位來更換igbt元件、二極管。

以下，在不特別區(qū)分電力轉換主電路12a～12i時，簡單地記載為電力轉換主電路12。

u相電路11u、v相電路11v、w相電路11w分別在各單元中并聯(lián)地配置三個元件而構成三個電力轉換主電路12。因此，三電平電力轉換裝置1的交流電力的輸出成為將電力轉換主電路12的三個電路合起來的輸出。

圖2是示出本實施方式中的電力轉換主電路12的電路圖。

本實施方式的電力轉換主電路12與比較例的電力轉換主電路92(參照圖15)不同的點在于，將進行同樣的開關動作的兩個igbt元件串聯(lián)地連接而構成電力轉換單元。由此，能夠使兩個igbt元件分擔電力轉換單元的額定電壓，使所輸入的直流電壓增加到約2倍，能夠實現(xiàn)輸出的大容量化。

電力轉換主電路12是使用igbt單元14～17作為電力轉換單元、并利用鉗位二極管單元13而鉗位到中性點的npc方式的電力轉換電路。在igbt單元14中，將進行同樣的開關動作的igbt元件q1、q2這兩個串聯(lián)地連接。在igbt單元15中，將進行同樣的開關動作的igbt元件q3、q4串聯(lián)地連接。在igbt單元16中，將進行同樣的開關動作的igbt元件q5、q6串聯(lián)地連接。在igbt單元17中，將進行同樣的開關動作的igbt元件q7、q8串聯(lián)地連接。igbt單元14～17是將串聯(lián)連接的兩個igbt元件在三列中進行了排列的開關元件構造體。另外，鉗位二極管單元13是將二極管元件d1、d2在三列中進行了排列的二極管元件構造體。由此，如圖1所示，能夠使三個電力轉換主電路12并聯(lián)。igbt元件q1～q8是具備絕緣柵雙極型晶體管以及連接在集電極-發(fā)射極之間的續(xù)流用二極管的元件。

圖3是示出igbt單元的詳情的電路圖。

對igbt元件q1、q2，與圖16所示的比較例同樣地連接有柵極驅動器18、過電壓檢測電路19以及過電壓抑制電路20。

如果igbt元件q1、q2的集電極-柵極之間被施加過電壓，則過電壓抑制電路20對該igbt元件的柵極供給充電電流。由此，使igbt元件q1、q2的阻抗降低，在過電壓時保護igbt元件q1、q2。

過電壓檢測電路19和柵極驅動器18連接在igbt元件q1、q2的柵極-發(fā)射極之間。柵極驅動器18使指令信號流向igbt元件q1、q2的柵極。過電壓檢測電路19通過識別為過電壓抑制電路20的輸出信號與從柵極驅動器18流入到igbt元件q1、q2的指令信號不一致，從而判斷為在各igbt元件中發(fā)生了過電壓。

由此，igbt單元14能夠檢測igbt元件q1、q2的過電壓的施加。在igbt元件q1、q2中的一方被施加過電壓時，電力轉換主電路12的控制部10停止另一方的igbt元件的運轉，減少事故時的二次損害。

同樣地，igbt單元15能夠檢測igbt元件q3、q4的過電壓的施加。在igbt元件q3、q4中的一方被施加過電壓時，電力轉換主電路12停止另一方的igbt元件的運轉，減少事故時的二次損害。

igbt單元16能夠檢測igbt元件q5、q6的過電壓的施加。在igbt元件q5、q6中的一方被施加過電壓時，電力轉換主電路12停止另一方的igbt元件的運轉，減少事故時的二次損害。

igbt單元17能夠檢測igbt元件q7、q8的過電壓的施加。在igbt元件q7、q8中的一方被施加過電壓時，電力轉換主電路12停止另一方的igbt元件的運轉，減少事故時的二次損害。

在本實施方式中，正側的igbt單元14將p母線的電位輸出到節(jié)點aco。p母線通過直流電源ep而被施加直流電壓。

第一中性點的igbt單元15以及第二中性點的igbt單元16將c母線的電位輸出到節(jié)點aco。

負側的igbt單元17將n母線的電位輸出到節(jié)點aco。這些igbt單元14～17串聯(lián)地連接在p母線與n母線之間。各柵極驅動器18與控制部10連接，對igbt單元14～17所具備的igbt元件q1～q8的柵極供給驅動信號。

另外，在電力轉換主電路12中，構成為包括兩個鉗位用的二極管元件d1、d2。正側鉗位用的二極管元件d1以及負側鉗位用的二極管元件d2是二合一(2in1)二極管元件。在igbt單元14、15的連接點與c母線之間，連接用于輸出c母線的電位的正側鉗位用的二極管元件d1。另外，在igbt單元16、17的連接點與c母線之間，連接用于輸出c母線的電位的負側鉗位用的二極管元件d2。在電力轉換主電路12中，igbt單元14～17所具備的igbt元件q1～q8進行開關動作，從而從作為輸出點的節(jié)點aco向負載l輸出交流電力。

《開關動作》

在向節(jié)點aco輸出正電壓的脈沖時，控制部10使igbt單元14、15所具備的igbt元件q1～q4接通，使igbt單元16、17所具備的igbt元件q5～q8斷開。由此，p母線的電位被輸出到節(jié)點aco。

另外，在向節(jié)點aco輸出零電壓時，控制部10使igbt單元15、16所具備的igbt元件q3～q6接通，使igbt單元14所具備的igbt元件q1、q2與igbt單元17所具備的igbt元件q7、q8斷開。由此，c母線的電位被輸出到節(jié)點aco。

在向節(jié)點aco輸出負電壓的脈沖時，控制部10使igbt單元16、17所具備的igbt元件q5～q8接通，使igbt單元14、15所具備的igbt元件q1～q4斷開。由此，n母線的電位被輸出到節(jié)點aco。

電力轉換主電路12的控制部10通過由上述那樣的以零點為中心的正脈沖和負脈沖構成的pwm(pulsewidthmodulation，脈沖寬度調制)脈沖，相比于二電平電力轉換電路，能夠向節(jié)點aco輸出更接近正弦波的交流電壓。

《將igbt元件串聯(lián)地連接的效果》

在本實施方式的電力轉換主電路12中，對igbt單元14～17分別串聯(lián)地連接進行同樣的開關動作的兩個igbt元件。這通過使兩個igbt元件分擔igbt單元14～17的額定電壓，從而能夠使所輸入的直流電壓增加到約2倍。而且，還具有降低某一個igbt元件導通損壞時的二次性的元件損壞的效果。參照圖4和圖5對其進行說明。

圖4是示出在本實施方式中的電力轉換主電路12中發(fā)生了故障的情形的圖。

將在igbt元件q1～q4接通、igbt元件q5～q8斷開時在電力轉換主電路12中流過的電流表示為路徑71。電流從p母線經(jīng)由igbt元件q1～q4和節(jié)點aco而流入到負載l。此時，考慮igbt元件q5錯誤地接通或者導通損壞的情況。

圖5是示出在故障之后停止的情形的圖。

如路徑72所示，施加到p母線的電壓還被施加到igbt元件q6的集電極端子。igbt元件q6被施加與igbt元件q1～q5這五個元件相應量的電壓，電壓上升。但是，控制部10利用過電壓抑制電路20以及過電壓檢測電路19來檢測附近的igbt元件的故障，使該電力轉換主電路12的運轉停止。由此，電力轉換主電路12能夠防止進一步的損害。

在本實施方式中，由于igbt元件q6斷開，所以不會發(fā)生直流短路電流。該故障所致的更換部位僅為igbt元件q5和由于過電壓而受到損傷的igbt元件q6。另外，本實施方式的三電平電力轉換裝置1針對每個開關動作單位進行單元化，所以更換部位僅為igbt單元16，相比于比較例，更換的部件件數(shù)變少。因此，相比于比較例的電力轉換主電路92，本實施方式的電力轉換主電路12能夠減少igbt元件的損壞所致的二次損害，抑制修復時間、修復費用。

此外，各igbt單元14～17也可以分別將進行同樣的開關動作的三個以上的igbt元件串聯(lián)地連接，并不受限定。

《本實施方式的三電平電力轉換裝置的構造配置例》

圖6是構成本實施方式中的電力轉換主電路12的igbt單元14～17和鉗位二極管單元13的部件構造的配置例。

在圖6的部件構造中，在igbt單元14～17以及鉗位二極管單元13通過不限上下左右的安裝而構成的構造體內，在圖的縱深方向上按照三列進行了并聯(lián)。由此，能夠容易地實現(xiàn)例如u相電路11u中的被并聯(lián)的電力轉換主電路12a～12c。

此外，在圖6的部件構造例中，igbt單元14～17全部是相同的構造。由此，能夠將在igbt單元的故障時準備的更換部件的種類設為1種，能夠減少更換部件的種類和庫存數(shù)量。

圖6的左上所配置的igbt單元14構成為包括：igbt元件q1，集電極端子連接于總線21，發(fā)射極端子連接于總線22；以及igbt元件q2，集電極端子連接于總線22，發(fā)射極端子連接于總線23。

在該igbt單元14中，igbt元件q1的集電極端子經(jīng)由總線21而與p母線連接，igbt元件q2的發(fā)射極端子經(jīng)由總線23、24而與igbt單元15連接。

圖6的右上所配置的igbt單元15構成為包括：igbt元件q3，集電極端子連接于總線25，發(fā)射極端子連接于總線26；以及igbt元件q4，集電極端子連接于總線26，發(fā)射極端子連接于總線27。

在該igbt單元15中，igbt元件q3的集電極端子經(jīng)由總線25、24、23而與igbt元件q2的發(fā)射極端子連接，igbt元件q3的集電極端子經(jīng)由總線25、32而與二極管元件d1的陰極端子連接。而且，igbt元件q4的發(fā)射極端子經(jīng)由總線27而與總線28連接。該總線28是輸出從電力轉換主電路12輸出的電力的節(jié)點aco。

圖6的右中央所配置的鉗位二極管單元13具備陽極端子連接于總線31且陰極端子連接于總線32的二極管元件d1。鉗位二極管單元13還具備陰極端子連接于總線33且陽極端子連接于總線34的二極管元件d2。

二極管元件d1的陽極端子經(jīng)由總線31而連接到電位與c母線相同的總線30。二極管元件d1的陰極端子經(jīng)由總線32而連接到igbt單元14與igbt單元15的連接點。

二極管元件d2的陰極端子經(jīng)由總線33而連接到電位與c母線相同的總線30。二極管元件d1的陽極端子經(jīng)由總線44而連接到igbt單元16與igbt單元17的連接點。

這些二極管元件d1、d2、和與它們連接的總線31、32及總線33、34以面對稱的方式被配置。

圖6的左下所配置的igbt單元17構成為包括：igbt元件q8，發(fā)射極端子連接于總線41，集電極端子連接于總線42；以及igbt元件q7，發(fā)射極端子連接于總線42，集電極端子連接于總線43。

在該igbt單元17中，igbt元件q8的發(fā)射極端子經(jīng)由總線41而與n母線連接，igbt元件q7的集電極端子經(jīng)由總線43、44而與igbt單元16連接。

圖6的右下所配置的igbt單元16構成為包括：igbt元件q6，發(fā)射極端子連接于總線45，集電極端子連接于總線46；以及igbt元件q5，發(fā)射極端子連接于總線46，集電極端子連接于總線47。

在該igbt單元16中，igbt元件q6的發(fā)射極端子經(jīng)由總線45、44、43而與igbt元件q7的集電極端子連接，igbt元件q6的發(fā)射極端子經(jīng)由總線45、34而與二極管元件d2的陽極端子連接。而且，igbt元件q5的集電極端子經(jīng)由總線47而與作為節(jié)點aco的總線28連接。

如該圖6那樣，igbt單元14和igbt單元17隔著總線30而面對稱地配置。igbt單元14相對于igbt單元17而上下反轉地配置。

而且，igbt單元15和igbt單元16隔著鉗位二極管單元13而面對稱地配置。igbt單元14相對于igbt單元17而上下反轉地配置。

而且，鉗位二極管單元13的二極管元件d1與二極管元件d1面對稱地配置。由此，能夠抑制三電平電力轉換裝置1的寬度。

另外，在igbt單元14～17與鉗位二極管單元13中，能夠在三電平電力轉換裝置1的縱深方向上排列igbt元件、二極管元件，而將多個電力轉換主電路12進行并聯(lián)。因此，通過將單元布線總線增加到與并聯(lián)數(shù)相同的數(shù)量，從而不用增加圖6的寬度方向、垂直方向的尺寸，就能夠增加三電平電力轉換裝置1的輸出容量。

而且，在三電平電力轉換裝置1中，以隔著總線31、30、33的方式配置有總線32、34，以隔著總線32、34的方式配置有總線25、26、45、46。另外，在三電平電力轉換裝置1中，以隔著總線30的方式配置有總線21、22、23、24和總線41、42、43、44。在三電平電力轉換裝置1中，通過這樣配置igbt單元14～17而使各總線接近，從而能夠減小各總線的距離而使互感減少，降低開關動作時的igbt元件的跳變電壓所致的影響。在此，關于各總線，優(yōu)選配置為即使考慮部件尺寸的公差也不會發(fā)生因接觸所致的短路事故、并且總線之間的互感減少的距離。兩個總線之間的距離例如優(yōu)選為0.1～10.0mm，更優(yōu)選為1.0～5.0mm。

本實施方式的三電平電力轉換裝置1的寬度尺寸能夠抑制到約1400mm。以往的具有相同程度的容量的產品在作為本實施方式的最大并聯(lián)數(shù)的3并聯(lián)結構中進行比較時是約3000mm。

此外，由于本實施方式的構造體復雜，所以為了有助于理解，在圖7中示出將igbt單元14～17和鉗位二極管單元13設為與圖6同樣的配置的電路圖。

圖7是將圖2所示的電力轉換主電路12的電路圖設為與圖6同樣的配置的圖。

在圖7的左側，配置有p母線、c母線、以及n母線。igbt單元14、15串聯(lián)連接在p母線與節(jié)點aco之間。igbt單元16、17串聯(lián)連接在節(jié)點aco與n母線之間。鉗位二極管單元13具備二極管元件d1、d2。二極管元件d1從c母線朝向igbt單元14、15的連接節(jié)點連接。二極管元件d2從igbt單元16、17的連接節(jié)點朝向c母線連接。

igbt單元14是對p母線的正極側直流端子連接一端的第一開關元件構造體。igbt單元15是連接在igbt單元14與節(jié)點aco(交流端子)之間的第二開關元件構造體。

另外，igbt單元17是對n母線的負極側直流端子連接一端的第四開關元件構造體。igbt單元16是連接在igbt單元17與節(jié)點aco(交流端子)之間的第三開關元件構造體。

二極管元件d1是從c母線(中性點)連接到igbt單元14的另一端的第一二極管元件。二極管元件d2從c母線(中性點)連接到igbt單元17的另一端。

《電力轉換單元的構造例》

圖8～圖10示出了構成本實施方式的電力轉換主電路12的igbt單元14～17的構造例。igbt單元14～17全部是同樣的結構，所以在此說明igbt單元14，省略igbt單元15～17的說明。

圖8是igbt單元14的主視圖。在該圖8中，從與圖6同樣的方向觀察上下反轉的igbt單元14。

igbt單元14是在散熱器50a、50b上排列三組的igbt元件q1、q2以及總線21、22、23而構成的電氣部件的集合體。此外，在此僅圖示了三組排列中的一組，其它兩組隱藏在背后。igbt單元14構成為還包括：將散熱器50a、50b進行固定的金屬板53、支承金屬板53和散熱器50a、50b的支承體51、以及平板狀的金屬板52。

金屬板53固定散熱器50a、50b，并且固定支承體51。該支承體51形成為具有u字型的剖面，上側被固定到金屬板53。金屬板52是平板狀，被固定到支承體51中的與金屬板53、散熱器50a、50b相反的一側。

圖9是igbt單元14的側視圖。在該圖9中，從圖8中的左側面觀察igbt單元14。

在圖9中，關于igbt單元14，圖示了igbt元件q2以及總線23的三個排列、金屬板53、支承體51、金屬板52。igbt元件q1以及總線22、21隱藏在igbt元件q2以及總線23的背后。散熱器50a、50b隱藏在金屬板53的背后。

圖10是電力轉換單元的立體圖。在該圖10中，從圖8中的右斜上，觀察igbt單元14。

在圖10中，示出了在散熱器50a、50b上排列三組的igbt元件q1、q2以及總線21、22、23而構成igbt單元14。這些三組的總線21、22、23被配置為在圖的上側形成同一平面。這些三列的總線21、22、23接近三列的平面狀的總線30(參照圖6)地被配置。

總線21將p母線和igbt元件q1的集電極端子連接為同電位?？偩€22連接igbt元件q1的發(fā)射極端子和igbt元件q2的集電極端子?？偩€23連接igbt元件q2的發(fā)射極端子和所鄰接的igbt單元15的igbt元件q3的集電極端子。

三列的igbt元件q1被固定于散熱器50b，三列的igbt元件q2被固定于散熱器50a。這些散熱器50a、50b被固定到金屬板53之上，通過支承體51來支承。支承體51被固定到平板狀的金屬板52上。

《鉗位二極管單元的構造例》

圖11～圖13示出了構成本實施方式的電力轉換主電路12的鉗位二極管單元13的構造例。

圖11是示出鉗位二極管單元13的主視圖。在該圖11中，從與圖6同樣的方向，將鉗位二極管單元13上下反轉而進行觀察。

鉗位二極管單元13是在散熱器60p上排列三組的二極管元件d1以及總線31、32、并在散熱器60n上排列三組的二極管元件d2以及總線33、34而構成的電氣部件的集合體。此外，在此僅圖示了三組排列中的一組，其它兩組被隱藏在背后。散熱器60p被固定到支承板61的一個面，散熱器60n被固定到支承板61的另一個面。

這些二極管元件d1是p側(二合一)鉗位二極管。二極管元件d2是n側(二合一)鉗位二極管。

總線32如圖6所示，將igbt元件q2的發(fā)射極端子和igbt元件q3的集電極端子之間、與二極管元件d1的陰極端子之間進行連接?？偩€31將二極管元件d1的陽極端子、與作為中性點的總線30進行連接。

總線34如圖6所示，將igbt元件q7的集電極端子和igbt元件q6的發(fā)射極端子之間、與二極管元件d2的陽極端子之間進行連接?？偩€33將二極管元件d2的陰極端子、與作為中性點的總線30進行連接。

圖12是示出鉗位二極管單元13的側視圖。在該圖12中，從圖11中的左側面，觀察鉗位二極管單元13。

在圖12中，示出了在鉗位二極管單元13中在散熱器60p上排列有三組的二極管元件d1以及總線31、32、并在散熱器60n上排列有三組的二極管元件d2以及總線33、34的樣子。

圖13是示出鉗位二極管單元13的立體圖。在該圖13中，從圖11中的右斜上，觀察鉗位二極管單元13。

在該圖13中，示出了在鉗位二極管單元13中在散熱器60p上排列有三組的二極管元件d1以及總線31、32的樣子。該散熱器60p被固定到支承板61的一個面。而且，在支承板61的下側，示出了三組的總線33和跟前側的一組的總線34，但三組的二極管元件d2、和里側的兩組的總線34及散熱器60n被支承板61所隱藏。

以上，本發(fā)明不限于上述的各實施方式，在不脫離權利要求書所記載的要旨的范圍內，顯然能夠采用其它各種變形例、應用例。

例如，上述的實施方式例是為了易于理解地說明本發(fā)明而詳細說明的例子，并非限定于一定具備所說明的所有結構的例子。另外，也能夠對某個實施方式例的結構的一部分追加其它實施方式例的結構。另外，關于各實施方式例的結構的一部分，能夠進行其它結構的追加、刪除、置換。并且，關于控制線、信息線，示出了認為在說明方面必要的部分，在產品方面未必示出所有的控制線、信息線。實際上也可以認為幾乎所有的結構相互連接。

作為本發(fā)明的變形例，例如有接下來的(a)～(e)那樣的例子。

(a)本發(fā)明的電力轉換主電路不限于npc方式，也可以通過a-npc(advanced-npc)方式來構成。

(b)電力轉換主電路的轉換動作不限于逆變器(inverter)動作，也可以是變流器(converter)動作。

(c)電力轉換單元不限于兩個電力開關元件的串聯(lián)連接。

(d)電力轉換單元的并聯(lián)數(shù)不限于三列。

(e)電力轉換單元中所使用的電力開關元件不限于igbt，也可以是例如門控晶閘管(gateturn-offthyristor)等。