JP2008067433A - Harmonics reduction device for power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単一の交流電源に対し並列接続された複数の変圧整流器それぞれが、交流電力を直流電力に変換して出力する電源システムの高調波低減装置に関する。 The present invention relates to a harmonic reduction device for a power supply system in which a plurality of transformer rectifiers connected in parallel to a single AC power source convert AC power into DC power and output the same.
交流電源からの交流電力を整流回路によって直流電力に変換する電源システムにおいては、交流側に発生する高調波によってその入力電圧に歪みが生じる場合があり、従来より、そうした歪みを低減させるために種々の対策が施されている(例えば特許文献1参照)。
ところで、例えば航空機の電源システムとして、複数の変圧整流器を並列に備えて構成されるシステムが存在し、そのシステムでは、例えばAPU発電機、外部電源又はエンジン駆動発電機といった単一の交流電源からの交流電力を各変圧整流器によって直流電力に変換して各種の直流負荷に供給する場合がある。 By the way, as an aircraft power supply system, for example, there is a system configured by including a plurality of transformer rectifiers in parallel, and in that system, a single AC power supply such as an APU generator, an external power supply, or an engine drive generator is used. In some cases, AC power is converted into DC power by each transformer rectifier and supplied to various DC loads.
ここで、前記複数の変圧整流器としては同一機種のものが採用されるため、その特性は互いに同じである。そのため、単一の交流電源から供給された交流電力を複数の変圧整流器によって直流電力に変換するときには、高調波に起因する入力電圧の歪みが複数の変圧整流器それぞれで同じように発生し、その歪みが重畳されることになる。その結果、入力電圧の歪みが大きくなって電源品質が大幅に低下してしまうことになり、例えば航空機に装備される各種負荷の、電源品質に対する要求を満たさなくなる虞もある。 Here, since the thing of the same model is employ | adopted as said several transformer rectifier, the characteristic is mutually the same. For this reason, when AC power supplied from a single AC power source is converted to DC power by a plurality of transformer rectifiers, distortion of the input voltage caused by harmonics is similarly generated in each of the plurality of transformer rectifiers. Will be superimposed. As a result, the distortion of the input voltage is increased and the power supply quality is greatly deteriorated. For example, there is a possibility that the various loads installed in the aircraft may not satisfy the demand for the power supply quality.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単一の交流電源と、複数の変圧整流器とを備えた電源システムにおいて、電源品質の向上を図ることにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object thereof is to improve power quality in a power supply system including a single AC power supply and a plurality of transformer rectifiers. .
本発明の一側面によると、電源システムの高調波低減装置は、単一の交流電源に対して並列接続されかつ、それぞれ直流電力を出力する複数の変圧整流器と、前記複数の変圧整流器の入力電圧の位相を互いに異ならせる位相調整手段と、を備える。 According to one aspect of the present invention, a harmonic reduction device for a power supply system includes a plurality of transformer rectifiers connected in parallel to a single AC power source and each outputting DC power, and input voltages of the plurality of transformer rectifiers. And phase adjusting means for making the phases differ from each other.
この構成によると、単一の交流電源に対して変圧整流器が並列に接続されており、その交流側では各変圧整流器が発生する高調波が重畳して歪みが大きくなるところを、位相調整手段によって、複数の変圧整流器の入力電圧の位相を互いに異ならせるため、変圧整流器に起因する歪みの位相が互いにずれる。その結果、歪みがなまされることになって電源品質の向上が図られる。 According to this configuration, the transformer rectifier is connected in parallel to a single AC power source, and on the AC side, the harmonics generated by each transformer rectifier are superimposed and the distortion becomes large by the phase adjustment means. Since the phases of the input voltages of the plurality of transformer rectifiers are different from each other, the phases of distortion caused by the transformer rectifiers are shifted from each other. As a result, distortion is smoothed and power supply quality is improved.
ここで、前記位相調整手段は、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらす移相変圧器である、としてもよい。こうすることで、単一の交流電源からの入力電圧を受けて、複数の移相変圧器それぞれがその位相を変えて出力することになり、複数の変圧整流器の入力電圧の位相が互いに異なる。 Here, the phase adjusting means may be a phase shift transformer that shifts the phase of the output voltage with respect to the input voltage. By doing so, each of the plurality of phase-shifting transformers receives an input voltage from a single AC power supply and outputs a different phase, and the phases of the input voltages of the plurality of transformer rectifiers are different from each other.
前記移相変圧器は、前記複数の変圧整流器の入力側それぞれに配置されている、としてもよい。こうすることで、複数の変圧整流器を備えた既存の電源システムに対して、後付けで移相変圧器を設け、電源品質の向上が図られる。 The phase-shifting transformer may be arranged on each input side of the plurality of transformer rectifiers. By doing so, a phase-shifting transformer is provided as a retrofit to an existing power supply system including a plurality of transformer rectifiers, thereby improving the power supply quality.
前記各変圧整流器における変圧器は、前記移相変圧器に構成されている、としてもよい。こうすることで、各変圧整流器の変圧器が移相変圧器を兼用するため、その分、部品点数が低減すると共に、システム重量の低減が図られる。その結果、例えば本電源システムを航空機等の移動体の電源システムに適用した場合に有利になる。 The transformer in each of the transformer rectifiers may be configured as the phase shift transformer. By doing so, since the transformer of each transformer rectifier also serves as a phase shift transformer, the number of parts is reduced and the system weight is reduced accordingly. As a result, for example, this power supply system is advantageous when applied to a power supply system for a mobile object such as an aircraft.
以上説明したように、本発明によれば、複数の変圧整流器の入力電圧の位相を互いに異ならせる位相調整手段を備えることによって、複数の変圧整流器それぞれから発生する高調波が互いにずれ、それによって入力電圧の歪みを小さくして電源品質を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, by providing the phase adjusting means for making the phases of the input voltages of the plurality of transformer rectifiers different from each other, the harmonics generated from each of the plurality of transformer rectifiers are shifted from each other, thereby Voltage distortion can be reduced to improve power quality.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
図1は、本発明の実施形態に係る電源システムSの構成を示す。この電源システムSは、単一の交流電源1と、複数(図例では2つの)変圧整流器21,22と、を備えている。
FIG. 1 shows a configuration of a power supply system S according to an embodiment of the present invention. The power supply system S includes a single
2つの変圧整流器21,22は、交流電源1に対して並列に接続されており、交流電源1からの交流電力を直流電力に変換して、複数の直流負荷(直流負荷群3)のそれぞれにその直流電力を供給する。
The two
そして、本電源システムSは、位相調整手段41,42を備えており、この位相調整手段41,42は、前記複数の変圧整流器21,22の入力電圧の位相を互いに異ならせる機能を有している。それによって、単一の交流電源1に対して複数の変圧整流器21,22が並列に接続されており、交流側では、各変圧整流器21,22から発生する高調波が重畳して入力電圧の歪みが大きくなるところを、位相調整手段41,42が、複数の変圧整流器21,22の入力電圧の位相を互いに異ならせるため、変圧整流器21,22に起因する歪みの位相が互いにずれることになる。その結果、歪みがなまされて電源品質の向上が図られる。
And this power supply system S is provided with the phase adjustment means 41 and 42, and this phase adjustment means 41 and 42 has a function in which the phase of the input voltage of the said
図2は、前記電源システムSが、航空機の電源システムSに適用された場合のブロック図を示している。 FIG. 2 shows a block diagram when the power supply system S is applied to an aircraft power supply system S.
この電源システムSは、第1〜第4エンジンのそれぞれによって駆動される第1〜第4の交流発電機#1-#4 MAIN AC GENを備えており、各交流発電機MAIN AC GENからの三相交流電力は、各ACバス(L,W WF AC BUS、L,W ESS AC BUS、L,W NONESS AC BUS、FLT ESS AC BUS)を介して、図示は省略する各種の交流負荷に供給される。 This power supply system S includes first to fourth AC generators # 1- # 4 MAIN AC GEN driven by the first to fourth engines, respectively. Phase AC power is supplied to various AC loads (not shown) via each AC bus (L, W WF AC BUS, L, W ESS AC BUS, L, W NONESS AC BUS, FLT ESS AC BUS). The
また、各交流発電機MAIN AC GENからの三相交流電力は、第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUによって直流電力に変換された後、各DCバス(L,W ESS DC BUS、L,W NONESS DC BUS、FLT ESS DC BUS、NO.1-4 FCS DC BUS)を介して、図示は省略する各種の直流負荷に供給される。 Also, the three-phase AC power from each AC generator MAIN AC GEN is converted into DC power by the first to fourth transformer rectifiers NO.1-4 TRU, and then each DC bus (L, W ESS DC BUS , L, W NONESS DC BUS, FLT ESS DC BUS, NO.1-4 FCS DC BUS) to supply various DC loads not shown.
本電源システムSにはさらに、補助動力装置によって駆動されるAPU発電機APU GEN及び、外部電源のポートEXT PWRが備えられており、地上ではAPU発電機APU GEN、外部電源のポートEXT PWR、又は交流発電機MAIN AC GENからの三相交流電力が、第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUに入力されて各種の直流負荷に直流電力が供給される。従って、本実施形態では、APU発電機APU GEN、外部電源のポートEXT PWR又は交流発電機MAIN AC GENが、本発明の単一の交流電源に対応する。尚、上空に置いても単一の交流発電機MAIN AC GENからの三相交流電力が、第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUに入力されて各種の直流負荷に直流電力が供給される場合がある。 The power supply system S further includes an APU generator APU GEN driven by an auxiliary power unit and an external power supply port EXT PWR. On the ground, the APU generator APU GEN, an external power supply port EXT PWR, or Three-phase AC power from the AC generator MAIN AC GEN is input to the first to fourth transformer rectifiers NO.1-4 TRU, and DC power is supplied to various DC loads. Therefore, in this embodiment, the APU generator APU GEN, the external power supply port EXT PWR, or the AC generator MAIN AC GEN corresponds to the single AC power supply of the present invention. Even if it is placed in the sky, three-phase AC power from a single AC generator MAIN AC GEN is input to the 1st to 4th transformer rectifiers NO.1-4 TRU, and DC power is supplied to various DC loads. May be supplied.
図3は、各変圧整流器TRUの構成を示しており、この変圧整流器TRUは、Y−Y−Δ結線の三相変圧器61と、ダイオードを含むブリッジ回路により構成された三相全波整流回路62と、から構成されており、変圧器61によって交流電力を変圧し、整流回路62によって全波整流して出力する。尚、第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUは、互いに同じ構成である。
FIG. 3 shows the configuration of each transformer rectifier TRU. This transformer rectifier TRU is a three-phase full-wave rectifier circuit constituted by a three-
前記構成の変圧整流器TRUは、その整流回路62にダイオードを含んでいるため、そのダイオードがオフからオンに切り換わる瞬間に大きく電圧降下し、入力電圧の波形を歪ませ、高調波として現れる。
Since the transformer rectifier TRU configured as described above includes a diode in the
しかも前記構成の電源システムSでは、APU発電機APU GEN、外部電源EXT PWR又は交流発電機MAIN AC GENから交流電力が供給される場合、同じ構成の第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUが、単一の交流電源(APU発電機APU GEN、外部電源EXT PWR又は交流発電機MAIN AC GEN)に並列に接続されることになるため、各変圧整流器TRUで発生した高調波が交流側で重畳し、入力電圧の歪みをさらに大きくしてしまう。 Moreover, in the power supply system S having the above configuration, when AC power is supplied from the APU generator APU GEN, the external power supply EXT PWR, or the AC generator MAIN AC GEN, the first to fourth transformer rectifiers NO.1- 4 Since the TRU is connected in parallel to a single AC power source (APU generator APU GEN, external power source EXT PWR or AC generator MAIN AC GEN), harmonics generated by each transformer rectifier TRU are AC Superimpose on the side and further increase the distortion of the input voltage.
そこで、本電源システムSは、図2に示すように、各変圧整流器TRUの入力側に、位相調整手段としての移相変圧器(第1〜第4移相変圧器51〜54)を設けている。
Therefore, as shown in FIG. 2, this power supply system S is provided with phase shift transformers (first to fourth
各移相変圧器5は、図4に示すように、Y−Y接続の内鉄形三相変圧器であって、その二次側の巻線が千鳥結線とされている。つまり、二次側の巻線はそれぞれ、L1a’とL1b’と、L2a’とL2b’と、L3a’とL3b’と、に分割されており、L1a’とL3b’とが同じ脚に巻回され、L2a’とL1b’とが同じ脚に巻回され、L3a’とL2b’とが同じ脚に巻回されている。そうして、L1a’の他端とL1b’の一端とが互いに接続され、L2a’の他端とL2b’の一端とが互いに接続され、L3a’の他端とL3b’の一端とが互いに接続されている。また、L1a’、L2a’及びL3a’の一端同士が互いに接続され、L1b’、L2b’及びL3b’の他端はそれぞれ、移相変圧器5の出力端子A’,B’,C’に接続されている。
As shown in FIG. 4, each phase-shifting
そして、L1a’とL1b’と、L2a’とL2b’と、L3a’とL3b’と、の巻数比はそれぞれ所定の巻数比に設定されており、そのことによって、移相変圧器5の出力電圧は、入力電圧に対して0〜120°の範囲で、その巻数比に対応する位相でずれる。
Then, the turn ratios of L1a ′ and L1b ′, L2a ′ and L2b ′, and L3a ′ and L3b ′ are respectively set to predetermined turn ratios, whereby the output voltage of the
前記第1〜第4移相変圧器51〜54は、互いに同じ構成とされている(つまり、L1a’とL1b’と、L2a’とL2b’と、L3a’とL3b’と、の巻数比はそれぞれ所定の巻数比で同じである)が、第1〜第4移相変圧器51〜54それぞれと第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUそれぞれとの接続は、互いに異なっている。すなわち、移相変圧器5の出力端子A’,B’,C’と変圧整流器TRUの入力端子との接続が、第1〜第4で互いに異なっている。そのことによって、第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUに入力される交流電圧の位相が、その第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUで互いに異なるようになる。
The first to fourth phase-shifting
その結果、変圧整流器TRUに起因する歪みの位相が、第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUで互いにずれることになり、入力電圧の歪みがなまされて電源品質が向上する。 As a result, the phase of distortion caused by the transformer rectifier TRU is shifted from each other in the first to fourth transformer rectifiers NO.1-4 TRU, distortion of the input voltage is smoothed, and the power quality is improved.
本電源システムSは、複数の変圧整流器TRUを備えた既存の電源システムSに対して、後付けで移相変圧器5を設けることによって構成することが可能である。
This power supply system S can be configured by providing a phase-shifting
尚、移相変圧器5を設ける代わりに、前記第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUにおける三相変圧器61を移相変圧器に構成してもよい。
Instead of providing the
以上説明したように、本発明は、複数の変圧整流器それぞれが発生する高調波に起因する入力電圧の歪みを小さくして電源品質を向上させることができるから、航空機や船舶等の移動体の電源システムは勿論のこと、単一の交流電源に対して複数の変圧整流器が並列に接続された各種の電源システムに広く適用することができる。 As described above, the present invention can improve power supply quality by reducing distortion of input voltage caused by harmonics generated by each of a plurality of transformer rectifiers. Of course, the present invention can be widely applied to various power supply systems in which a plurality of transformer rectifiers are connected in parallel to a single AC power supply.
1 交流電源
21,22 変圧整流器
41,42 位相調整手段
51〜54 移相変圧器(位相調整手段)
S 電源システム
TRU 変圧整流器
DESCRIPTION OF
S Power supply system TRU Transform rectifier
Claims (4)
前記複数の変圧整流器の入力電圧の位相を互いに異ならせる位相調整手段と、を備えている電源システムの高調波低減装置。 A plurality of transformer rectifiers connected in parallel to a single AC power source and each outputting DC power;
A harmonic reduction device for a power supply system, comprising: phase adjusting means for making phases of input voltages of the plurality of transformer rectifiers different from each other.
前記位相調整手段は、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらす移相変圧器である電源システムの高調波低減装置。 In the harmonic reduction apparatus of the power supply system according to claim 1,
The phase adjustment means is a harmonic reduction device for a power supply system that is a phase shift transformer that shifts the phase of the output voltage with respect to the input voltage.
前記移相変圧器は、前記複数の変圧整流器の入力側それぞれに配置されている電源システムの高調波低減装置。 In the harmonic reduction apparatus of the power supply system according to claim 2,
The phase-shifting transformer is a harmonic reduction device for a power supply system that is arranged on each input side of the plurality of transformer rectifiers.
前記各変圧整流器における変圧器は、前記移相変圧器に構成されている電源システムの高調波低減装置。 In the harmonic reduction apparatus of the power supply system according to claim 2,
The transformer in each of the transformer rectifiers is a harmonic reduction device for a power supply system configured in the phase shift transformer.
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