(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器の直流電圧側の相対する極（５、６）に接続する少なくとも１つの位相レッグ（２〜４）を有し、直列接続の開閉器アセンブリ（７、７’）を含み、各開閉器アセンブリは、ターンオフ型の少なくとも１つの半導体素子（１６、１７）と、これに並列接続されるフリーホイールダイオード（１８、１９）とをそれぞれ有する複数の半導体チップ（３１）を担持する導電性板材（３０）を有し、前記チップは、少なくとも１つの個々の導体部材（３２、３５、３６）によって前記直列接続の開閉器アセンブリの隣接する開閉器アセンブリの前記板材にそれぞれ接続されることによって、互いに並列接続され、位相出力（１０〜１２）を形成する前記直列接続の中点は、変換器の交流電圧側に接続され、位相レッグを上部弁ブランチ（８）と下部弁ブランチ（９）に分割するように構成される電圧形変換器であって、
・各前記開閉器アセンブリは、前記開閉器アセンブリ（７）の通常動作で開くように構成される機械スイッチ（３９）であって、機械スイッチが属する開閉器アセンブリの前記半導体チップ（３１）を迂回させるために、この開閉器アセンブリの前記板材（３０）を隣接する開閉器アセンブリの板材に接続できるように構成される機械スイッチ（３９）を有し、
・解放機構（３８）は、各前記機械スイッチに連関し、起動すると、開いた状態から閉じた状態に開閉器を遷移させるために、前記機械スイッチの可動接触子（４０）を動かすように構成され、
・各開閉器アセンブリ（７）の少なくとも１つの前記導体部材（３２、３５、３６）は、この導体部材が接続される半導体チップ（３１）で短絡電流が発生すると、アークを形成しながら融解するように設計され、
・各開閉器アセンブリは、前記少なくとも１つの前記導体部材（３２、３５、３６）に連関するヒューズ部材（３７）を含み、前記開閉器アセンブリの前記半導体チップを迂回させる前記２つの隣接する板材の間に電流路を確立するために、前記アークによって点火されるよう構成され、前記ヒューズ部材の点火によって機械スイッチを起動するために、前記解放機構（３８）に向かって延伸することを特徴とする、電圧形変換器。
【請求項２】
各半導体アセンブリ（７）の複数の前記導体部材（３２、３５、３６）は、関連する半導体チップで短絡電流が発生すると、アークを形成しながら、融解するように設計されており、前記ヒューズ部材（３７）は、融解するように設計される複数の導体部材に連関することを特徴とする、請求項１に記載の変換器。
【請求項３】
各半導体アセンブリ（７）の前記導体部材（３２、３５、３６）の９０％以上またはすべてが、関連する半導体チップで短絡電流が発生するとアークを形成しながら融解するように設計されることを特徴とする、請求項２に記載の変換器。
【請求項４】
融解するように設計される前記少なくとも１つの導体部材（３２、３５、３６）は、ワイヤであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項５】
前記解放機構（３８）は、火薬などの爆発性媒体（４１）を含み、前記可動接触子（４０）を機械スイッチ（３９）の閉じた状態に対応する位置に動かすために、前記ヒューズ部材によって点火されるように構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項６】
前記解放機構（３８）は、ポテンシャルエネルギーを保存する部材（４４）と、この部材を予め引っ張った状態で保持する手段（４５）とを含み、前記保持手段は、前記ポテンシャルエネルギーを保存する部材（４４）のポテンシャルエネルギーを解放させながら、前記機械スイッチ（３９）の閉じた状態に対応する位置に前記可動接触子（４０）を動かしながら、保持手段に連関する前記ヒューズ部材（３７）が融解することによって解放されるよう構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項７】
前記ポテンシャルエネルギー保存の部材（４４）は、機械的圧縮ばねなどのばね部材であることを特徴とする、請求項６に記載の変換器。
【請求項８】
各開閉器アセンブリ（７）は、前記半導体チップ（３１）と並列接続される少なくとも１つのエネルギー保存キャパシタ（２０）を含み、前記開閉器アセンブリは、各半導体チップの前記半導体素子（１６、１７）の制御により２つの開閉状態、即ち、第１及び第２の開閉状態を得るように構成され、少なくとも１つの前記エネルギー保存キャパシタ全体の電圧及び零電圧はそれぞれ、この開閉器アセンブリに属する半導体チップが、前記位相出力時の既定の交流電圧を得るために接続される前記開閉器アセンブリの前記板材全体に印加されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項９】
同一の前記弁ブランチに属する前記開閉器アセンブリ（７’）は、前記相対する極の１つを前記位相出力に交互に接続するよう同時に制御されるよう構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１０】
半導体チップの前記半導体素子（１６、１７）は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１１】
高圧直流（ＨＶＤＣ）を伝導するための直流電圧網（５、６）に接続される前記直流電圧側と、交流電圧網に属する交流電圧統制線に接続される交流電圧側とを有するように構成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１２】
前記二極（５、６）全体の直流電圧が１ｋＶ〜１２００ｋＶ、１０ｋＶ〜１２００ｋＶ又は１００ｋＶ〜１２００ｋＶとなるよう構成されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１３】
直流電圧側で、２００Ａ〜１０ｋＡ、１ｋＡ〜７ｋＡあるいは２ｋＡ〜５ｋＡの電流を伝導するよう構成されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１４】
直流電圧網と、これに発電所を経由して接続される少なくとも１つの交流電圧網とを含み、前記発電所が、直流電圧網と交流電圧網の間の電力を伝導するように適合され、直流電圧を交流電圧に変換するか、交流電圧を直流電圧に変換するよう適合される少なくとも１つの電圧形変換器を含む電力を伝送するプラントであって、プラントの前記発電所は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電圧形変換器を含む、プラント。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の変換器と、
当該変換器の直流電圧側に接続されたキャパシタと、を有するＳＶＣ（静止形無効電力補償装置）であって、
当該変換器の位相出力（１０〜１２）が、交流電圧網に接続されるように構成された、ＳＶＣ（静止形無効電力補償装置）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換器の直流電圧側の相対する極に接続する少なくとも１つの位相レッグを有し、開閉器アセンブリの直列接続を含む電圧形変換器に関し、各開閉器アセンブリは、ターンオフ型の少なくとも１つの半導体素子と、これに並列接続されるフリーホイールダイオードとをそれぞれ有する複数の半導体チップを担持する導電性板材を有し、前記チップは、個々の導体部材によって、前記直列接続の開閉器アセンブリの隣接する開閉器アセンブリの前記板材にそれぞれ接続されることによって、互いに並列接続され、位相出力を生成する前記直列接続の中点は、変換器の交流電圧側に接続され、位相レッグを上部弁ブランチと下部弁ブランチに分割するように構成される。
【背景技術】
【０００２】
あらゆる数の前記位相レッグを備えるこのような変換器が含まれているが、変換器は通常、交流電圧側に三相交流電圧がかかるために、３つの位相レッグを備えている。
【０００３】
さらに、本発明は、いかなる種類の電圧形変換器に制限されないと指摘しているが、例えば、独国特許出願公開第１０１０３０３１（Ａ１）号明細書及び国際公開第２００７／０２３０６４（Ａ１）号パンフレットなどにより公知の電圧形変換器の実施形態であって、通常、Ｍ２ＬＣのマルチセル変換器のほか、前記位相出力に前記極の１つを相互に接続するよう制御する電流弁を有する二準位変換器やＮＰＣ（中性点クランプ形）変換器と呼ばれる、電圧形変換器を含む。
【０００４】
この種類の電圧形変換器はあらゆる状況で利用することができ、交流電圧を直流電圧に変換、及びその逆を行うことができ、このような用途の例としてＨＶＤＣ（高圧直流）プラントの発電所があるが、ここでは、直流電圧が通常は三相交流電圧に変換、及びその逆が行われる。又は、いわゆる系統間直流連系の発電所では、交流電圧が最初に直流電圧に変換され、その後交流電圧に変換される。このほかに、ＳＶＣ（静止形無効電力補償装置）では、直流電圧側が自由に開閉するキャパシタから成る。しかし、本発明はこのような用途に制限されず、このほかに、機械や車両などのさまざまな種類の駆動系統などでの用途も考えられる。
【０００５】
従って、本発明は、変換器の直流電圧側の上記の相対する極の間の電圧レベルには全く制限されないが、前記半導体素子の遮断状態において前記電圧をともに保持することできるよう、比較的多数の開閉器アセンブリを直列接続できる程度に高い電圧レベルが必要である。
【０００６】
これらの半導体素子は、ＩＧＢＴがほとんどであるが、あらゆる種類の同じようなターンオフ型半導体素子も考えられる。しかし、本発明を決して制限しないが、明確にするため、本願明細書では、主に、前記半導体チップの半導体素子としてＩＧＢＴの例に関して検討する。
【０００７】
このような電圧形変換器の開閉器アセンブリは、並列接続された複数の前記半導体チップを有し、ＩＧＢＴは、同時に制御されて通導状態又は遮断状態になり、通導状態にある場合、開閉器アセンブリを流れる電流を共有する。ＩＧＢＴの１つが故障しても、電圧形変換器の継続運転を確実にする必要がある。開閉器アセンブリの前記直列接続に配置されるこの種類の電圧形変換器には、余分な開閉器アセンブリ、即ち前記二極間の電圧を得て保持される電圧を維持することによって必要とされるより多くの開閉器アセンブリがあることから、そのうちの１つが機能を停止しても、変換器を流れる電流を停止しない限り、問題は発生しない。
【０００８】
ある種類の電圧形変換器は、それぞれの半導体チップを結合ワイヤの形態で前記板材に接続する前記個々の導体部材を有し、このようなチップの１つのＩＧＢＴが短絡した場合は、このチップに開閉器アセンブリを流れる全電流が流れ、チップに接続する結合ワイヤが融解し、電流は、並列接続している別の半導体チップにジャンプする。このように開閉器アセンブリの全半導体チップを使い切ると、電圧形変換器は停止され、故障した開閉器アセンブリを取り替える必要がある。
【０００９】
いわゆるプレスパック技術により直列接続している開閉器アセンブリ間を確実に接続できることが知られているが、この技術では、圧縮ばねが前記板材と各個々の半導体チップとの間に配置される。この場合、前記少なくとも１つの個々の導体部材は、比較的薄い可撓性導体によって構成されるが、故障しているＩＧＢＴを流れる短絡電流に耐えるように設計されている。しかし、ある程度の時間が経過すると、ＩＧＢＴを流れる電流路が温度的な制約のために遮断され、並列接続されている別の半導体にジャンプする。この種類の直列接続の開閉器アセンブリでは、変換器を流れる電流の規模が、何年ももつように選択されているため、開閉器アセンブリの全半導体チップが破損し、変換器の動作が停止するまで十分長時間もたせることができる。
【００１０】
しかし、電圧形変換器によって送電可能な電力を大幅に増大するために、電流を増大させたいという要望があり、１つのＩＧＢＴが短絡してから変換器の動作を停止する必要性が生じるまでの開閉器アセンブリの寿命はかなり短くなる可能性があり、このような場合には、前記動作停止の発生を避けるために、この開閉器アセンブリ全体の永久短絡回路を確実に作製することが大変望ましい。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、上記導入部に定義する種類の電圧形変換器を提供することであり、少なくともいくつかの態様では、半導体チップの故障処理能力に関して、公知のこのような電圧形変換器より改善されている。
【００１２】
この目的は、本発明によって、このような電圧形変換器を提供することによって実現され、その特徴を次に示す。
・各前記開閉器アセンブリは、前記開閉器アセンブリの通常動作で開くように構成される機械スイッチであって、機械スイッチが属する開閉器アセンブリの前記半導体チップを迂回させるために、この開閉器アセンブリの前記板材を隣接する開閉器アセンブリの板材に接続できるように構成される機械スイッチを有する。
・解放機構は、各前記機械スイッチに連関し、起動すると、開いた状態から閉じた状態に開閉器を遷移させるために、前記機械スイッチの可動接触子を動かすように構成される。
・各開閉器アセンブリの少なくとも１つの前記導体部材は、接続される半導体チップで短絡電流が発生すると、アークを形成しながら融解するように設計される。
・各開閉器アセンブリは、前記少なくとも１つの前記導体部材に連関するヒューズ部材を含み、前記開閉器アセンブリの前記半導体チップを迂回させる２つの隣接する板材の間に電流路を確立するために、前記アークによって点火されるように構成され、前記ヒューズ部材の点火によって解放機構を起動するために、前記解放機構に向かって延伸する。
【００１３】
機械スイッチをこのように配置し、スイッチが閉じた状態で、問題のある開閉器アセンブリが短絡するようにすることで、電圧形変換器の動作は、機械スイッチが閉じた状態に信頼性をもって遷移する限りは、電流路の遮断の結果として、いかなる場合も停止しない。ここで、この信頼性は、前記少なくとも１つの導体部材が、短絡電流が流れると、アークを形成し、このアークを利用して前記ヒューズ部材を発火するように設計されることと、機械スイッチに連関する解放機構を起動することによって確実となり、これにより、動作にきわめて頑健性及び信頼性を与える機械スイッチの制御には、特別な制御回路を必要としない。
【００１４】
このため、半導体チップが故障した開閉器アセンブリを流れる短絡電流レベルは、これ以上問題とならず、これによって、この種類の電圧形変換器は、他の種類の変換器の例えば２倍かそれ以上の単位の強い直流電流を伝導するように設計することができ、変換器を早急に動作停止する必要はない。さらに正確に言うと、各開閉器アセンブリ内で並列接続している半導体素子の数を選択する場合、半導体素子が特定の短絡電流を受けると考えられる時間を一切考慮する必要はないが、通常動作時に伝導する電流のみを考慮することによって、半導体素子の数を求めてもよい。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、各半導体アセンブリの複数の前記導体部材が、関連する半導体チップで短絡電流が発生するとアークを形成しながら融解するように設計されており、前記ヒューズ部材は、融解するように設計される複数の導体部材に連関する。原則として、各半導体アセンブリは、短絡電流が発生するとアークを形成しながら融解するように設計され１つの前記導体部材を有することが唯一必要であるが、全半導体チップがこのような同一の導体部材を有する場合、主に、各開閉器アセンブリの生産が効率的となることから、各開閉器アセンブリで、このような導体部材を多く保有することが有利であり、本発明の別の実施形態によれば、前記導体部材の９０％以上又は全てがこのような導体部材であってもよい。この種類の導体部材をすべて前記ヒューズ部材に接続する必要はないが、開閉器アセンブリを流れる電流の遮断が発生する前に、前記機械スイッチが閉じた状態に信頼性をもって遷移することのみが必要となる。
【００１６】
発明の少なくとも別の実施形態によれば、融解するように設計される前記少なくとも１つの導体部材は、ワイヤ、好ましくは薄い結合ワイヤなどの可撓性ワイヤである。これにより、短絡電流が発生すると、前記アークを形成するように適切に設計されるこのようなワイヤは、上で検討した結合ワイヤの種類を有利に使用してもよい。
【００１７】
本発明の別の実施形態によれば、前記解放機構は、火薬などの爆発性媒体を含み、前記可動接触子を機械スイッチの閉じた状態に対応する位置に動かすために、前記ヒューズ部材によって点火されるように構成される。これは、機械スイッチを閉じた状態に遷移させる位置に、信頼性をもって可動接触子を押すきわめて強い力が得られる信頼性のある方法を構成する。
【００１８】
本発明の別の実施形態によれば、前記解放機構は、ポテンシャルエネルギーを保存する部材と、この部材を予め引っ張った状態で保持する手段とを含み、前記保持手段は、前記ポテンシャルエネルギーを保存する部材のポテンシャルエネルギーを解放させながら、前記機械スイッチの閉じた状態に対応する位置に前記可動接触子を動かしながら、保持手段に連関する前記ヒューズ部材が融解することによって解放されるよう構成される。これは、問題のある開閉器アセンブリを迂回して永久電流経路を得る別の信頼性のある選択肢であり、前記ポテンシャルエネルギー保存の部材は好ましくは、機械的圧縮ばねなどのばね部材である。
【００１９】
本発明の別の実施形態によれば、各開閉器アセンブリは、前記半導体チップと並列接続される少なくとも１つのエネルギー保存キャパシタを含み、前記開閉器アセンブリは、各半導体チップの前記半導体素子の制御によって、２つの開閉状態即ち、第１と第２の開閉状態を得るように構成され、この開閉器アセンブリに属す半導体チップが、前記位相出力時の既定の交流電圧を得るために、接続される少なくとも１つの前記エネルギー保存キャパシタ全体の電圧及び零電圧はそれぞれ、前記開閉器アセンブリの前記板材全体に印加される。特に、このような電圧形変換器は、高電力が伝導される場合、つまり前記位相レッグで直列接続している開閉器アセンブリの数が比較的多い場合、魅力的である。直列接続されるこのような開閉器アセンブリの数が多いと、このような開閉器アセンブリを制御して、前記第１及び第２の開閉状態との間で変化させることが可能であることから、既に、交流電圧が得られる前記位相出力が正弦波電圧にきわめて近くなっている。これは、変換器の前記位相出力時に、電圧パルスが２あるいは３レベルにすぎないような可能な限り少ない公知の電圧形変換器で通常利用されるよりかなり低い変換周波数によって、既に達成することができる。これにより、損失がかなり低くなることが可能となり、フィルタリング、高調波電流及び干渉の問題をかなり減らすことから、装置は安価にすることができる。
【００２０】
しかし、本発明は、本発明の別の実施形態から成る前記位相出力に前記相対する極の１つを選択的に接続するように、同時に制御するように構成される同じ前記弁ブランチに属する開閉器アセンブリを有する変換器にも関する。
【００２１】
本発明の別の実施形態によれば、半導体チップの前記半導体素子は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＩＧＣＴ（集積ゲート整流サイリスタ）又はＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）であり、本発明は特にＩＧＢＴの例に関する。
【００２２】
本発明の別の実施形態によれば、前記変換器は、高圧直流（ＨＶＤＣ）を伝導するための直流電圧網に接続される前記直流電圧側と、交流電圧網に属する交流電圧統制線に接続される交流電圧側とを有するように構成される。これは、通常このような変換器を通して伝送されることが望まれる高電圧によるものであり、この種類の変換器の特に魅力的な用途である。
【００２３】
本発明の別の実施形態によれば、変換器は、直流電圧側がエネルギー保存キャパシタによって形成され、交流電圧位相出力が交流電圧網に接続されるＳＶＣ（静止形無効電力補償装置）の一部である。
【００２４】
本発明の別の実施形態によれば、変換器は、前記二極間の直流電圧が１ｋＶ〜１２００ｋＶ、１０ｋＶ〜１２００ｋＶ又は１００ｋＶ〜１２００ｋＶとなるよう構成される。本発明は、直流電圧が高くなると、魅力的となる。
【００２５】
本発明の別の実施形態によれば、変換器は、直流電圧側で２００Ａ〜１０ｋＡ、１ｋＡ〜７ｋＡ又は２ｋＡ〜５ｋＡの電流を伝導するよう構成される。特に２ｋＡを超える電流は、主にこの種類の電圧形変換器では、動作を停止しないという現在の要件を満たさないことはすでに知られているが、本発明によれば、このような電流レベルは電圧形変換器で許容することが十分に可能である。
【００２６】
また、本願の特許請求の範囲に記載される電力を伝送するプラントに関する。このようなプラントの発電所は、信頼性を高め、価格競争上低く抑えることができる。
【００２７】
本発明の有利な特徴のほかの利点が、以下の記載によって明らかとなる。
【００２８】
以下に、添付の図面を参照して、実施例として挙げる発明の実施形態を記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による種類の電圧形変換器の簡略図である。
【図２】本発明を適用可能なある種類の電圧形変換器の簡略図である。
【図３】本発明を適用可能な別の種類による電圧形変換器を簡略図である。
【図４】電圧形変換器内で開閉器アセンブリを直列接続する原理を示す簡略図である。
【図５】電圧形変換器の開閉器アセンブリの上部簡略図である。
【図６】この開閉器アセンブリが通常動作の状態にある本発明の第１の実施形態による電圧形変換器内の開閉器アセンブリの一部の図４に対応する図である。
【図７】前記開閉器アセンブリを迂回させる状態の図６に対応する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による電圧形変換器内の開閉器アセンブリの図６に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明に関する種類の電圧形変換器１の一般構造を簡略的に示す。この変換器は、変換器の高圧直流を伝導する直流電圧網などの直流電圧側の相対する極５、６に接続された三相レッグ２〜４を有する。各位相レッグは、箱で示す開閉器アセンブリ７の直列接続を含み、この例では１６個であるが、５０個などに多くしてもよく、前記極の間で、ともに保持する必要のある電圧を保持するために必要とされるより多い。この直列接続は、上部弁ブランチ８及び下部弁ブランチ９の２つの等しい部分に分割され、変換器の交流電圧側に接続されるように構成される位相出力を生成する中点１０〜１２で分離される。位相出力１０〜１２は、変圧器を介して、三相交流電圧網、負荷などに接続してもよい。フィルタ装置は、前記交流電圧側の交流電圧の形状を改善するために前記交流電圧側に配置される。
【００３１】
制御装置１３は、開閉器アセンブリ７を制御するために配置され、それによって変換器は直流電圧を交流電圧に、及び交流電圧を直流電圧に変換する。
【００３２】
電圧形変換器は、ターンオフ型の各半導体素子と、これに並列接続しているフリーホイールダイオードとを備える複数の半導体チップを有する種類の開閉器アセンブリ７を有する。これらのチップは、互いに並列接続される。図２に示す種類のＶＳＣでは、少なくとも１つのエネルギー保存キャパシタが半導体チップと並列接続される。開閉器アセンブリの端子１４、１５は、位相レッグを形成する直列接続の開閉器アセンブリの隣接する開閉器アセンブリに接続するように適合される。この場合、半導体素子１６、１７は、ダイオード１８、１９と並列接続されるＩＧＢＴである。エネルギー保存キャパシタ２０は、ダイオードと半導体素子との直列接続それぞれに並列接続される。一方の端子１４は、２つの半導体素子間の中点と、２つのダイオード間の中点とに接続される。他方の端子１５は、エネルギー保存キャパシタ２０に接続される。
【００３３】
図２に示す開閉器アセンブリは、ａ）第１の開閉状態とｂ）第２の開閉状態のうち１つを得るように制御されてもよく、ａ）に対してはキャパシタ２０全体の電圧が、ｂ）に対しては零電圧が端子１４、１５全体に印加される。
【００３４】
図２は、図１による変換器を示しており、図面を簡略にするために計１０個の開閉器アセンブリが省略されている。制御装置１３は、半導体素子を制御することによって開閉器アセンブリを制御するよう適合され、これによって、前記直列接続の他の開閉器アセンブリの電圧に加えられるキャパシタをまたいだ零電圧又は電圧を供給する。ここで、変圧器２１及びフィルタ装置２２も示す。各弁ブランチが、どのように位相リアクタ５０、５１を介して位相出力１０に接続されるかを示し、このような位相リアクタは、位相出力１０、１１及び１２に関して、図１にも示すべきではあるが、図の簡略化のために省略している。
【００３５】
図３は、本発明を適用可能な別の種類の電圧形変換器を模式的に示し、ここで、いわゆる二準位型のものであり、同一弁ブランチに属する開閉器アセンブリ７’を、図を簡略にするために１つの電流弁に省略して示す。ここで、同一前記弁ブランチに属する開閉器アセンブリは、前記相対する極５、６の１つを各位相出力１０’、１１’及び１２’に互いに接続するように、同時に制御されるよう構成される。
【００３６】
図４及び５を同時に参照し、本発明を適用する種類の電圧形変換器内の直列接続の開閉器アセンブリの原理について説明する。図２及び３に示すように、各開閉器アセンブリ７は、ターンオフ型の少なくとも１つの半導体素子と、これに並列に接続されるフリーホイールダイオードとをそれぞれ有する複数の半導体チップ３１を担持する導電性板材３０を含む。前記チップ３１は、個々の導体部材３２によって前記直列接続の開閉器アセンブリの隣接する開閉器アセンブリの前記板材３０にそれぞれ接続されることによって、互いに並列接続される。前記開閉器アセンブリのＩＧＢＴなどの半導体チップが故障したり、短絡したりした場合に、前記開閉器アセンブリの永久短絡回路を確実に実現する方法をどのように実現するかが、本発明の重要な問題であり、本発明の第１の実施形態による電圧形変換器を示す図６を最初に参照しながら説明する。いわゆるプレスパック技術によって直列接続は実現され、圧縮ばね３３は、各チップ３１に金属板３４を押しつけて接触させ、可撓性導体３５、３６は、隣接する開閉器アセンブリの板材３０に各チップを接続する。これらの導体３５、３６は、本発明による実施形態において、各導体部材が接続される半導体チップで短絡電流が発生するとアークを形成しながら融解するように設計される。これは、これら導体を薄い結合ワイヤで作製することによって実現することができる。このような短絡が発生すると電流は数百倍になり、ワイヤ内の電力は数万倍になることから、アークが形成される。さらに、ピロヒューズ部材などのヒューズ部材３７は、導体部材３５、３６に連関し、前記アークによって点火されるように構成され、機械スイッチ３９の解放機構３８に向かって延伸する。この機械スイッチ３９は、開閉器アセンブリの通常動作で開くように構成され、機械スイッチが属する開閉器アセンブリの半導体チップ３１を迂回させるために、隣接する開閉器アセンブリの板材に板材３０を接続することができるように構成される。
【００３７】
解放機構３８は、起動すると、開いた状態から閉じた状態に開閉器を遷移させるために、前記機械スイッチの可動接触子４０を動かすように構成される。これは、前記解放機構の空間に火薬などの爆発性媒体４１を配置して、この空間にヒューズ部材３７を接続することによって確実となる。開閉器アセンブリの通常動作で、開いた状態で機械スイッチを維持する絶縁部分を図６の４２で示す。
【００３８】
開閉器アセンブリの半導体チップの故障時に、本発明の第１の実施形態に従って、どのようにして、電圧形変換器内の開閉器アセンブリを迂回させる永久電流路を形成して得るかを、図６及び７を参照して説明する。半導体チップ３１’のＩＧＢＴが故障し、半導体チップに短絡電流が流れ、このチップに接続するワイヤ３５’、３６’に流れ、この電流は通常時の数１００倍であり、アークが生成されることになると仮定する。図７に示すように、このアークは、ヒューズ部材３７に点火すると、融解し、火薬４１を点火し、可動接触子４０に対してきわめて強い力を加え、機械スイッチの閉じた状態と定める位置にこの可動接触子を押す。このようにして、少なくとも１つの半導体チップが故障している開閉器アセンブリは、２つの隣接する板材３０の間に電流路を形成することによって永久に短絡する。ピロヒューズ部材３７と固定短絡との間の点火時間は通常、５〜１０ミリ秒であってよい。
【００３９】
図８は本発明が、接着されるワイヤ３２の形態の前記導体部材によって上に記載する種類の電圧形変換器を実現する方法を示す。解放機構を実現する代替の方法も示し、この方法は、機械的接触の空間４４に囲まれ、ポテンシャルエネルギーを保存しながら、予め引っ張られた状態下でワイヤ４５の形状の保持手段によって保持される圧縮ばね４３を有する。ヒューズ部材３７は、少なくとも一部の導体３２又は全導体に連関し、解放機構３８’のワイヤ４５に延伸する。半導体チップ３１内の１つの故障が発生した場合は、この開閉器アセンブリの挙動は、次に示す通り明らかである。このような半導体チップを流れる短絡電流は、前記ワイヤ３２にアークを形成し、このアークはヒューズ部材３７に点火して、ヒューズ部材が発火し、圧縮バネ４４を保持するワイヤ４５が融解する。次に、可動接触子４０を機械スイッチの閉じた状態に押し進めながら、ポテンシャルエネルギーを解放し、この状態で可動接触子を固定保持し、半導体アセンブリを迂回する永久電流経路を形成する。
【００４０】
本発明は、上記に説明した実施形態に決して制限されるものではなく、添付の請求項で定義される発明の範囲から逸脱せずに、当業者にとって明らかであるような多数の改変が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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