JP2013017347A - Power supply device for non-contact power supply, and power supply harmonic reduction method - Google Patents

Power supply device for non-contact power supply, and power supply harmonic reduction method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device for non-contact power supply and power supply harmonic reduction method which reduce power supply harmonic and line regulation.SOLUTION: A first to third AC reactors are serially inserted into a first to third power supply lines connecting a three-phase AC power supply and a rectification circuit, respectively. Interconnect lines connect the first to third power supply lines with each other between the three-phase AC power supply and the first to third AC reactors. A first to third resonance reactors are serially inserted into the interconnect lines and allocated so as to make transformer coupling with the first to third AC reactors respectively. A first to third connection capacitors are inserted into the interconnect lines and allocated among the first to third resonance reactors, where the first to third resonance reactors and the first to third connection capacitors configure a resonance circuit, and each parameter of the first to third resonance reactors and the first to third connection capacitors is set so as to resonate at a frequency which is lower than a resonance frequency of the resonance circuit and 2 to 3 times as large as a power supply frequency of the three-phase AC power supply.

Description

本発明は、非接触給電用電力供給装置及び電源高調波の低減方法に関する。   The present invention relates to a power supply device for contactless power feeding and a method for reducing power supply harmonics.

半導体製造工場等のクリーンルームでは、物品を搬送する走行車を駆動するために、非接触給電システムが使用されている。   In a clean room such as a semiconductor manufacturing factory, a non-contact power feeding system is used to drive a traveling vehicle that transports articles.

非接触給電システムは、電源として機能する給電装置及び給電線を含む一次側回路と、走行車のモータ等を含む二次側回路とを有している。
給電装置は、例えば可変電圧電源とインピーダンス変換部とを備える。このような給電装置では、インダクタ及びキャパシタにより構成されたインピーダンス変換部によって、可変電圧電源からの所定の電圧を所定の電流に変換して給電線へと電力を供給する。給電線は、走行車の軌道に沿って架設されており、電磁誘導によって二次側回路に電力を供給する(例えば、特許文献1を参照)。
The non-contact power supply system includes a primary side circuit including a power supply device and a power supply line that function as a power source, and a secondary side circuit including a motor of a traveling vehicle.
The power supply apparatus includes, for example, a variable voltage power supply and an impedance conversion unit. In such a power supply device, a predetermined voltage from the variable voltage power source is converted into a predetermined current by an impedance conversion unit including an inductor and a capacitor, and power is supplied to the power supply line. The power supply line is installed along the track of the traveling vehicle, and supplies power to the secondary circuit by electromagnetic induction (see, for example, Patent Document 1).

また、三相整流回路を採用し、三相交流電源からの交流電流を三相整流回路にて整流して走行車のモータ等へ電力を供給する給電装置が提案されている。このような三相整流回路を採用した給電装置では、電源電流に多くの高調波成分が発生し、電源系統に悪影響を与えるという問題が生じる。そのため、三相交流電源と三相整流回路との間に高調波を抑制するためのリアクトルが挿入されている。   In addition, a power feeding apparatus that employs a three-phase rectifier circuit, rectifies an alternating current from a three-phase AC power source by the three-phase rectifier circuit, and supplies power to a motor or the like of a traveling vehicle has been proposed. In a power feeding device that employs such a three-phase rectifier circuit, a problem arises in that many harmonic components are generated in the power supply current, which adversely affects the power supply system. Therefore, a reactor for suppressing harmonics is inserted between the three-phase AC power source and the three-phase rectifier circuit.

特開2002−354710号公報JP 2002-354710 A

給電装置においては、安定した出力電圧を提供するために整流後の直流電圧における電源変動率が低いことが要求される。しかし、電源高調波を改善することを目的として、相交流電源と三相整流回路との間に配置したリアクトルを大きくすれば、負荷量が増えるために電圧低下が発生し、電源変動率が上昇するという問題があった。   In the power feeding device, in order to provide a stable output voltage, it is required that the power supply fluctuation rate in the DC voltage after rectification is low. However, if the reactor placed between the phase AC power supply and the three-phase rectifier circuit is increased for the purpose of improving power supply harmonics, the load will increase and the voltage will drop, increasing the power supply fluctuation rate. There was a problem to do.

本発明の課題は、非接触給電用電力供給装置において、電源高調波及び電源変動率を低減させることにある。   An object of the present invention is to reduce power supply harmonics and power supply fluctuation rates in a non-contact power supply apparatus.

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。   Hereinafter, a plurality of modes will be described as means for solving the problems. These aspects can be arbitrarily combined as necessary.

本発明による一見地に係る非接触給電用電力供給装置は、整流回路と、第1〜3電源ラインと、第1〜3交流リアクトルと、接続線と、第1〜3共振リアクトルと、第1〜3接続コンデンサとを備える。整流回路は、三相交流電源を直流に変換する。第1〜3電源ラインは、三相交流電源と整流回路との間を接続する。第1〜3交流リアクトルは、第1〜3電源ラインのそれぞれに直列に挿入される。接続線は、第1〜3電源ラインを、三相交流電源と第1〜3交流リアクトルとの間で互いに接続する。第1〜3共振リアクトルは、接続線に直列に挿入され、第1〜3交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置される。第1〜3接続コンデンサは、接続線に挿入され、第1〜3共振リアクトルの間に配置される。ここで、第1〜3共振リアクトルと第1〜3接続コンデンサとは、共振回路を構成し、共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源の電源周波数の2〜3倍の周波数で共振するようにそれぞれパラメータが設定されている。   A power supply device for contactless power supply according to an aspect of the present invention includes a rectifier circuit, first to third power supply lines, first to third AC reactors, a connection line, first to third resonance reactors, and a first power supply device. To 3 connection capacitors. The rectifier circuit converts the three-phase AC power source into DC. The first to third power supply lines connect the three-phase AC power supply and the rectifier circuit. The first to third AC reactors are inserted in series in the first to third power supply lines, respectively. The connection line connects the first to third power lines between the three-phase AC power source and the first to third AC reactors. The first to third resonance reactors are inserted in series with the connection line and arranged to be transformer-coupled to the first to third AC reactors, respectively. The first to third connection capacitors are inserted into the connection line and disposed between the first to third resonance reactors. Here, the first to third resonance reactors and the first to third connection capacitors constitute a resonance circuit, which is a frequency lower than the resonance frequency of the resonance circuit and 2 to 3 times the power frequency of the three-phase AC power source. Each parameter is set to resonate at a frequency.

ここでは、接続線に挿入された第1〜3共振リアクトルと第1〜3接続コンデンサとが、共振回路を構成し、共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ電源周波数の2〜3倍の周波数で共振するようにそれぞれパラメータが設定されている。また、第1〜3交流リアクトルと第1〜3共振リアクトルとがそれぞれトランス結合されている。このような構成を有することにより、整流回路の動作によって負荷電流が発生しても、共振によって接続線を流れる電流によって負荷電流が打ち消されるため、三相交流電源の電源電流は、負荷電流の変動に影響されずに常にほぼ正弦波となる。つまり、高調波電流の抑制が実現できる。また、インダクタンスとして相殺関係にある第1〜3交流リアクトル及び第1〜3共振リアクトルによって、リアクトルが電源系統の直列インピーダンスとはならず、その結果、安定した電源電圧を供給できる。従って、電源高調波及び電源変動率の低減を実現できる。   Here, the first to third resonance reactors and the first to third connection capacitors inserted in the connection line constitute a resonance circuit, which is a frequency lower than the resonance frequency of the resonance circuit and 2 to 3 times the power supply frequency. Each parameter is set so as to resonate at a frequency of. Further, the first to third AC reactors and the first to third resonance reactors are respectively transformer-coupled. By having such a configuration, even if a load current is generated by the operation of the rectifier circuit, the load current is canceled by the current flowing through the connection line due to resonance. It is always a sine wave without being affected by. That is, the harmonic current can be suppressed. Further, the first to third AC reactors and the first to third resonance reactors that have a canceling relationship as inductances do not make the reactor a series impedance of the power supply system, and as a result, a stable power supply voltage can be supplied. Accordingly, it is possible to reduce the power supply harmonics and the power supply fluctuation rate.

本発明の他の見地に係る電源高調波の低減方法は、整流回路と、第1〜3電源ラインと、第1〜3交流リアクトルと、接続線と、第1〜3共振リアクトルと、第1〜3接続コンデンサと、を備える非接触給電用電力供給装置において、整流回路から発生した負荷電流に起因して第1〜3共振リアクトルに電圧を誘起するステップと、第1〜3共振リアクトルと第1〜3接続コンデンサとが構成する共振回路を共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源の電源周波数の2〜3倍の周波数で共振させて、第1〜3共振リアクトルに流れるバイパス電流によって負荷電流を打ち消すステップと、を備える。ここで、整流回路は、三相交流電源を直流に変換する。第1〜3電源ラインは、三相交流電源と整流回路との間を接続する。第1〜3交流リアクトルは、第1〜3電源ラインのそれぞれに直列に挿入される。接続線は、第1〜3電源ラインを、三相交流電源と第1〜3交流リアクトルとの間で互いに接続する。第1〜3共振リアクトルは、接続線に直列に挿入され、第1〜3交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置される。第1〜3接続コンデンサは、接続線に挿入され、第1〜3共振リアクトルの間に配置される。   The method for reducing power supply harmonics according to another aspect of the present invention includes a rectifier circuit, first to third power supply lines, first to third AC reactors, a connection line, first to third resonance reactors, and a first. In the power supply device for contactless power supply including the three to three connection capacitors, a step of inducing a voltage in the first to third resonance reactors due to a load current generated from the rectifier circuit, the first to third resonance reactors, and the first The resonance circuit constituted by the 1 to 3 connection capacitors is resonated at a frequency lower than the resonance frequency of the resonance circuit and 2 to 3 times the power supply frequency of the three-phase AC power supply, thereby forming the first to third resonance reactors. Canceling the load current with the flowing bypass current. Here, the rectifier circuit converts the three-phase AC power source into DC. The first to third power supply lines connect the three-phase AC power supply and the rectifier circuit. The first to third AC reactors are inserted in series in the first to third power supply lines, respectively. The connection line connects the first to third power lines between the three-phase AC power source and the first to third AC reactors. The first to third resonance reactors are inserted in series with the connection line and arranged to be transformer-coupled to the first to third AC reactors, respectively. The first to third connection capacitors are inserted into the connection line and disposed between the first to third resonance reactors.

本発明に係る非接触給電用電力供給装置では、電源高調波及び電源変動率を低減させることができる。   In the power supply device for contactless power feeding according to the present invention, power harmonics and power fluctuation rates can be reduced.

クリーンルーム内の天井搬送車システムの概略模式図。Schematic schematic diagram of a ceiling transport vehicle system in a clean room. レール内の縦断面概略図。The longitudinal cross-sectional schematic diagram in a rail. 電力供給装置の給電機構を示す給電回路図。The electric power feeding circuit diagram which shows the electric power feeding mechanism of an electric power supply apparatus. 実施例1における各素子のパラメータ例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of parameters of each element in the first embodiment. 実施例1における低負荷電力時の電源電流i11、負荷電流i12及びバイパス電流i13の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the power supply current i11 at the time of the low load electric power in Example 1, the load current i12, and the bypass current i13. 実施例1における高負荷電力時の電源電流i11、負荷電流i12及びバイパス電流i13の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the power supply current i11 at the time of the high load electric power in Example 1, the load current i12, and the bypass current i13. 実施例1における低負荷電力時及び高負荷電力時の総合高調波ひずみ率とDC電源変動率とを示す図。The figure which shows the total harmonic distortion factor at the time of the low load electric power in Example 1, and the time of high load electric power, and DC power supply fluctuation rate. 他の実施例における各素子の他のパラメータ例を示す図。The figure which shows the other parameter example of each element in another Example.

(1)天井搬送車システム全体
図1を用いて、天井搬送車システム1について説明する。図1は、クリーンルーム内の天井搬送車システムの概略模式図である。天井搬送車システム1は、半導体工場などのクリーンルーム等に設けられ、FOUP(Front Opening Unified Pod)を搬送する。天井搬送車システム1は、主に、レール3と、レール3に沿って走行する天井搬送車5とを有している。
(1) Whole overhead conveyance vehicle system The overhead conveyance vehicle system 1 is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of a ceiling guided vehicle system in a clean room. The overhead conveyance vehicle system 1 is provided in a clean room or the like such as a semiconductor factory, and conveys FOUP (Front Opening Unified Pod). The ceiling transport vehicle system 1 mainly includes a rail 3 and a ceiling transport vehicle 5 that travels along the rail 3.

半導体工場は、複数のベイ(工程)を有しており、遠隔のベイ同士を接続するためにインターベイルート101が設けられている。さらに各ベイはイントラベイルート103を有している。インターベイルート101及びイントラベイルート103は、レール3により構成されている。   The semiconductor factory has a plurality of bays (processes), and an interbay route 101 is provided to connect remote bays. Further, each bay has an intra bay route 103. The inter bay route 101 and the intra bay route 103 are configured by the rail 3.

イントラベイルート103に沿って、半導体処理装置などの複数の処理装置105が配置されている。さらに、複数の処理装置105の近傍には、ロードポート107が設けられている。ロードポート107は、イントラベイルート103の直下に設けられている。以上の構成において、天井搬送車5はレール3を走行してロードポート107間でFOUPを搬送する。   A plurality of processing apparatuses 105 such as semiconductor processing apparatuses are arranged along the intra-bay route 103. Further, a load port 107 is provided in the vicinity of the plurality of processing apparatuses 105. The load port 107 is provided directly below the intra-bay route 103. In the above configuration, the ceiling transport vehicle 5 travels on the rail 3 and transports the FOUP between the load ports 107.

(2)レール
図2をさらに参照して、レール3について説明する。図2は、レール内の縦断面概略図である。レール3は、複数の支柱7によって天井9から吊り下げられている。レール3は、主に、走行レール11と、走行レール11の下部に設けられた給電レール13とを有している。
(2) Rail The rail 3 will be described with further reference to FIG. FIG. 2 is a schematic vertical sectional view in the rail. The rail 3 is suspended from the ceiling 9 by a plurality of columns 7. The rail 3 mainly includes a travel rail 11 and a power supply rail 13 provided at the lower portion of the travel rail 11.

走行レール11は、例えばアルミ製であり、図2に示すように、断面視逆U字状に構成されている。走行レール11は、上面部11aと、両側面部11bとを有している。両側面部11bの下には、内側に延びる一対の第1走行面11cが形成されている。さらに、両側面部11bの内側面の上部には第2走行面11dが形成され、上面部11aの下側面に第3走行面11eが形成されている。   The traveling rail 11 is made of, for example, aluminum, and is configured in a reverse U shape in cross section as shown in FIG. The traveling rail 11 has an upper surface portion 11a and both side surface portions 11b. A pair of first running surfaces 11c extending inward are formed below the side surface portions 11b. Further, a second traveling surface 11d is formed on the upper side of the inner side surface of both side surface portions 11b, and a third traveling surface 11e is formed on the lower side surface of the upper surface portion 11a.

給電レール13は、走行レール11の下部両側に設けられた一対の給電線ホルダ15を有する。給電線ホルダ15には、銅線等の導電線を絶縁材料で被覆しリッツ線からなる一対の給電線17が配置されている。給電線17の一端には電力供給装置41が設けられ、一対の給電線17に電力が供給される。   The power supply rail 13 has a pair of power supply line holders 15 provided on both lower sides of the traveling rail 11. In the feeder line holder 15, a pair of feeder lines 17 made of litz wires are disposed by covering a conductive wire such as a copper wire with an insulating material. A power supply device 41 is provided at one end of the power supply line 17, and power is supplied to the pair of power supply lines 17.

(3)天井搬送車
天井搬送車5は、主に、走行部21と、受電部23と、搬送車本体部25とを有している。走行部21は、走行レール11内に配置され、レール3上を走行するための機構である。受電部23は、給電レール13内に配置され、一対の給電線17から電力が供給されるための機構である。搬送車本体部25は、給電レール13の下方に配置され、FOUPを保持し、上下に昇降させるための機構である。
走行部21は、主に、走行レール11内に配置されており、一対の第1ガイド輪18と、一対の第2ガイド輪19と、走行駆動輪20と、走行モータ(図示せず)とを有している。一対の第1ガイド輪18は、走行部21の下部両側に配置され、左右方向に延びる車軸に回転自在に支持されている。第1ガイド輪18は、走行レール11の第1走行面11c上に載置されている。
(3) Ceiling Transport Vehicle The ceiling transport vehicle 5 mainly includes a traveling unit 21, a power receiving unit 23, and a transport vehicle main body unit 25. The traveling unit 21 is a mechanism that is disposed in the traveling rail 11 and travels on the rail 3. The power receiving unit 23 is a mechanism that is disposed in the power supply rail 13 and is supplied with power from the pair of power supply lines 17. The transport vehicle main body 25 is a mechanism that is disposed below the power supply rail 13, holds the FOUP, and moves up and down.
The traveling unit 21 is mainly disposed in the traveling rail 11, and includes a pair of first guide wheels 18, a pair of second guide wheels 19, a traveling drive wheel 20, and a traveling motor (not shown). have. A pair of 1st guide wheel 18 is arrange | positioned at the lower part both sides of the traveling part 21, and is rotatably supported by the axle shaft extended in the left-right direction. The first guide wheel 18 is placed on the first travel surface 11 c of the travel rail 11.

第2ガイド輪19は、走行部21の上部両側に配置され、垂直方向に延びる車軸に回転自在に支持されている。第2ガイド輪19は、走行レール11の第2走行面11dをガイド面として、天井搬送車5の進行方向に対する左右方向への位置ズレを防止している。   The second guide wheels 19 are disposed on both sides of the upper portion of the traveling unit 21 and are rotatably supported on an axle extending in the vertical direction. The second guide wheel 19 uses the second travel surface 11d of the travel rail 11 as a guide surface to prevent a positional shift in the left-right direction with respect to the traveling direction of the ceiling transport vehicle 5.

走行駆動輪20は、走行部21の略中央に配置され、走行レール11の第3走行面11eに、スプリングなどの押圧手段により押圧されている。走行駆動輪20は、図示しない走行モータによって駆動される。その結果、天井搬送車5は走行レール11上を走行する。   The traveling drive wheel 20 is disposed substantially at the center of the traveling unit 21 and is pressed against the third traveling surface 11e of the traveling rail 11 by a pressing means such as a spring. The travel drive wheel 20 is driven by a travel motor (not shown). As a result, the ceiling transport vehicle 5 travels on the travel rail 11.

(4)受電部
受電部23は、一対の給電線17から電力を得るための一対のピックアップユニット27を有している。具体的には、一対のピックアップユニット27は、給電レール13内で左右に並んで配置されている。各ピックアップユニット27は、断面が略E字型をしたフェライト製のコア29と、コア29に巻かれたピックアップコイル31とを有している。具体的には、コア29は、両側の突出部29aと、その間の中央の突出部29bとを有しており、ピックアップコイル31は中央の突出部29bに巻かれている。
(4) Power Receiving Unit The power receiving unit 23 has a pair of pickup units 27 for obtaining power from the pair of power supply lines 17. Specifically, the pair of pickup units 27 are arranged side by side in the power supply rail 13. Each pickup unit 27 has a ferrite core 29 having a substantially E-shaped cross section, and a pickup coil 31 wound around the core 29. Specifically, the core 29 has projecting portions 29a on both sides and a central projecting portion 29b therebetween, and the pickup coil 31 is wound around the projecting portion 29b in the center.

給電線ホルダ15に保持された一対の給電線17が、両側の突出部29aと中央の突出部29bとの間に、それぞれ配置されている。この一対の給電線17に電流を流すことによって発生する磁界がピックアップコイル31に作用して、ピックアップコイル31に誘導電流が発生する。このようにして、一対の給電線17からピックアップユニット27に非接触で電力を供給し、走行モータを駆動したり、制御機器に電力を供給したりする。   A pair of power supply lines 17 held by the power supply line holder 15 are respectively disposed between the protruding portions 29a on both sides and the protruding portion 29b on the center. A magnetic field generated by passing a current through the pair of feed lines 17 acts on the pickup coil 31, and an induced current is generated in the pickup coil 31. In this way, electric power is supplied from the pair of power supply lines 17 to the pickup unit 27 in a non-contact manner to drive the traveling motor or supply electric power to the control device.

(5)電力供給装置
(5−1)電力供給装置の構成
次に、図3を参照して、一対の給電線17を用いて天井搬送車5に非接触電力供給方式によって電力を供給する電力供給装置41について説明する。図3は、電力供給装置の給電機構を示す給電回路図である。
(5) Power Supply Device (5-1) Configuration of Power Supply Device Next, with reference to FIG. 3, power that supplies power to the overhead transport vehicle 5 by a non-contact power supply method using a pair of feeder lines 17. The supply device 41 will be described. FIG. 3 is a power supply circuit diagram showing a power supply mechanism of the power supply apparatus.

電力供給装置41は、三相交流電源43、整流回路45、平滑用コンデンサ47及び負荷49を含む。電力供給装置41は、さらに第1〜第3電源ライン51、53、55、第1〜3交流リアクトル57、59、61、接続線63、第1〜3共振リアクトル69、71、73及び第1〜3接続コンデンサ75、77、79を含む。   The power supply device 41 includes a three-phase AC power supply 43, a rectifier circuit 45, a smoothing capacitor 47, and a load 49. The power supply device 41 further includes first to third power supply lines 51, 53, 55, first to third AC reactors 57, 59, 61, a connection line 63, first to third resonance reactors 69, 71, 73, and a first. -3 connection capacitors 75, 77, 79 are included.

三相交流電源43は、第1〜第3電源ライン51、53、55を介して位相が互いに120度ずれた三相(U相、V相、W相)の交流電圧を供給する。
整流回路45は、三相交流電源43からの交流を直流に整流する。整流回路45は、複数のダイオードD1、D2、D3、D4、D5、D6をブリッジ接続して構成されたダイオードブリッジである。
平滑用コンデンサ47(C4)は、整流回路45の直流出力端子間に接続され、直流電圧を平滑化する。
The three-phase AC power supply 43 supplies three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC voltages whose phases are shifted from each other by 120 degrees via the first to third power supply lines 51, 53, 55.
The rectifier circuit 45 rectifies alternating current from the three-phase alternating current power supply 43 into direct current. The rectifier circuit 45 is a diode bridge configured by bridge-connecting a plurality of diodes D1, D2, D3, D4, D5, and D6.
The smoothing capacitor 47 (C4) is connected between the DC output terminals of the rectifier circuit 45 and smoothes the DC voltage.

負荷49には、平滑用コンデンサ47によって平滑された直流電圧が供給される。負荷49は給電線17に対応している。負荷49は、直流負荷RLを有し、整流回路45の直流出力端子間に、平滑用コンデンサ47と並列に接続される。図3中、Vdcは、直流負荷RLに加わる直流電圧を示す。   A DC voltage smoothed by the smoothing capacitor 47 is supplied to the load 49. The load 49 corresponds to the power supply line 17. The load 49 has a DC load RL and is connected in parallel with the smoothing capacitor 47 between the DC output terminals of the rectifier circuit 45. In FIG. 3, Vdc indicates a DC voltage applied to the DC load RL.

第1〜第3電源ライン51、53、55は、三相交流電源43と整流回路45との間を接続する。具体的に第1電源ライン51は、三相交流電源43のU相の交流電源ラインである。また、第2電源ライン53は、三相交流電源43のV相の交流電源ラインであり、第3電源ライン55は、三相交流電源43のW相の交流電源ラインである。   The first to third power supply lines 51, 53, and 55 connect between the three-phase AC power supply 43 and the rectifier circuit 45. Specifically, the first power supply line 51 is a U-phase AC power supply line of the three-phase AC power supply 43. The second power supply line 53 is a V-phase AC power supply line of the three-phase AC power supply 43, and the third power supply line 55 is a W-phase AC power supply line of the three-phase AC power supply 43.

第1〜3交流リアクトル57(L1)、59(L2)、61(L3)は、三相交流電源43と整流回路45との間の第1〜第3電源ライン51、53、55それぞれに直列に挿入されたリアクトルである。具体的に第1交流リアクトル57は第1電源ライン51に挿入され、第2交流リアクトル59は第2電源ライン53に挿入され、第3交流リアクトル61は第3電源ライン55に挿入される。   First to third AC reactors 57 (L1), 59 (L2), and 61 (L3) are connected in series to first to third power supply lines 51, 53, and 55 between three-phase AC power supply 43 and rectifier circuit 45, respectively. It is a reactor inserted in. Specifically, the first AC reactor 57 is inserted into the first power supply line 51, the second AC reactor 59 is inserted into the second power supply line 53, and the third AC reactor 61 is inserted into the third power supply line 55.

接続線63は、第1〜第3電源ライン51、53、55を、三相交流電源43と第1〜3交流リアクトル57、59、61との間で互いに接続する。
本実施形態では、接続線63は、第1〜4接続線64、65、66、67を有する。第1接続線64は、第1端が三相交流電源43と第1交流リアクトル57との間の第1電源ライン51に接続される。第2接続線65は、第1端が三相交流電源43と第2交流リアクトル59との間の第2電源ライン53に接続される。第3接続線66は、第1端が三相交流電源43と第3交流リアクトル61との間の第3電源ライン55に接続される。第1接続線64の第2端、第2接続線65の第2端及び第3接続線66の第2端は、互いに連結される。第4接続線67は、第1接続線64における第1共振リアクトル69の第2端側と、第2接続線65における第2共振リアクトル71の第2端側の間を接続するように配置される。ここで、第1共振リアクトル69の第2端とは、第1電源ライン51側にある第1端と反対側の一端である。また、第1共振リアクトル69の第2端とは、第2電源ライン53側にある第1端と反対側の一端である。
The connection line 63 connects the first to third power supply lines 51, 53, and 55 between the three-phase AC power supply 43 and the first to third AC reactors 57, 59, and 61.
In the present embodiment, the connection line 63 includes first to fourth connection lines 64, 65, 66 and 67. The first connection line 64 has a first end connected to the first power supply line 51 between the three-phase AC power supply 43 and the first AC reactor 57. The second connection line 65 has a first end connected to the second power supply line 53 between the three-phase AC power supply 43 and the second AC reactor 59. The third connection line 66 has a first end connected to the third power supply line 55 between the three-phase AC power supply 43 and the third AC reactor 61. The second end of the first connection line 64, the second end of the second connection line 65, and the second end of the third connection line 66 are connected to each other. The fourth connection line 67 is arranged to connect between the second end side of the first resonance reactor 69 in the first connection line 64 and the second end side of the second resonance reactor 71 in the second connection line 65. The Here, the second end of the first resonance reactor 69 is one end opposite to the first end on the first power supply line 51 side. The second end of the first resonant reactor 69 is one end opposite to the first end on the second power supply line 53 side.

第1〜3共振リアクトル69(L11)、71(L22)、73(L33)は、第1〜3接続線64、65、66のそれぞれに直列に挿入され、第1〜3交流リアクトル57、59、61とトランス結合するようにそれぞれ配置される。具体的に、第1共振リアクトル69は、第1接続線64に直列に挿入され、第1交流リアクトル57とトランス結合するように、第1交流リアクトル57と対面する位置に配置される。すなわち、第1交流リアクトル57と第1共振リアクトル69とは電磁結合され、電磁誘導作用によって第1交流リアクトル57の両端に発生した電圧は、第1共振リアクトル69側に電圧を誘起する。第2共振リアクトル71は、第2接続線65に直列に挿入され、第2交流リアクトル59とトランス結合するように、第2交流リアクトル59と対面する位置に配置される。第3共振リアクトル73は、第3接続線66に直列に挿入され、第3交流リアクトル61とトランス結合するように、第3交流リアクトル61と対面する位置に配置される。
ここで、第1共振リアクトル69と第1交流リアクトル57とで構成された第1結合トランス81の結合係数kは1であることが好ましい。又は、結合係数kは、1に限りなく近い値、例えば0.999であってもよい。なお、第2共振リアクトル71と第2交流リアクトル59とで構成された第2結合トランス83の結合係数及び第3共振リアクトル73と第3交流リアクトル61とで構成された第3結合トランス85の結合係数は、第1結合トランス81の結合係数と同様である。
The first to third resonance reactors 69 (L11), 71 (L22), and 73 (L33) are inserted in series in the first to third connection lines 64, 65, and 66, respectively, and the first to third AC reactors 57 and 59 are inserted. , 61 are arranged so as to be transformer-coupled. Specifically, the first resonant reactor 69 is inserted in series with the first connection line 64 and is disposed at a position facing the first AC reactor 57 so as to be transformer-coupled to the first AC reactor 57. That is, the first AC reactor 57 and the first resonance reactor 69 are electromagnetically coupled, and the voltage generated at both ends of the first AC reactor 57 by the electromagnetic induction action induces a voltage on the first resonance reactor 69 side. The second resonance reactor 71 is inserted in series with the second connection line 65 and is disposed at a position facing the second AC reactor 59 so as to be transformer-coupled to the second AC reactor 59. The third resonant reactor 73 is inserted in series with the third connection line 66 and is disposed at a position facing the third AC reactor 61 so as to be transformer-coupled to the third AC reactor 61.
Here, it is preferable that the coupling coefficient k of the first coupling transformer 81 configured by the first resonant reactor 69 and the first AC reactor 57 is 1. Alternatively, the coupling coefficient k may be a value as close as possible to 1, for example, 0.999. The coupling coefficient of the second coupling transformer 83 configured by the second resonant reactor 71 and the second AC reactor 59 and the coupling of the third coupling transformer 85 configured by the third resonant reactor 73 and the third AC reactor 61 are illustrated. The coefficient is the same as the coupling coefficient of the first coupling transformer 81.

第1〜3接続コンデンサ75(C1)、77(C2)、79(C3)は、接続線63に挿入され、第1〜3共振リアクトル69、71、73間にそれぞれ配置される。具体的に第1接続コンデンサ75は、第1共振リアクトル69と第3共振リアクトル73との間に、第1接続線64に直列に挿入されて配置される。第2接続コンデンサ77は、第1共振リアクトル69と第2共振リアクトル71との間に、第4接続線67に直列に挿入されて配置される。第3接続コンデンサ79は、第2共振リアクトル71と第3共振リアクトル73との間に、第2接続線65に直列に挿入されて配置される。   The first to third connection capacitors 75 (C1), 77 (C2), and 79 (C3) are inserted into the connection line 63 and disposed between the first to third resonance reactors 69, 71, and 73, respectively. Specifically, the first connection capacitor 75 is disposed between the first resonance reactor 69 and the third resonance reactor 73 so as to be inserted in series with the first connection line 64. The second connection capacitor 77 is disposed between the first resonance reactor 69 and the second resonance reactor 71 so as to be inserted in series with the fourth connection line 67. The third connection capacitor 79 is disposed between the second resonance reactor 71 and the third resonance reactor 73 so as to be inserted in series with the second connection line 65.

また、第1〜3接続コンデンサ75、77、79は、第1〜3共振リアクトル69、71、73と一体となって共振回路を構成する。第1〜3接続コンデンサ75、77、79及び第1〜3共振リアクトル69、71、73の6素子の各パラメータは、構成する共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源43の電源周波数の2〜3倍の周波数で共振するように設定される。このように6素子の各パラメータを設定することで、負荷電流が流れることにより第1〜3交流リアクトル57、59、61に電圧が発生した場合に、トランス結合を介して誘起された電圧によって第1〜3共振リアクトル69、71、73に流れるバイパス電流が負荷電流と同量の電流分変動される。詳細は後述する。   Further, the first to third connection capacitors 75, 77, and 79 constitute a resonance circuit together with the first to third resonance reactors 69, 71, and 73. The parameters of the six elements of the first to third connection capacitors 75, 77, 79 and the first to third resonance reactors 69, 71, 73 are lower than the resonance frequency of the resonance circuit to be configured, and the three-phase AC power supply 43 Is set so as to resonate at a frequency two to three times the power supply frequency. By setting the parameters of the six elements in this way, when a voltage is generated in the first to third AC reactors 57, 59, and 61 due to the flow of the load current, the voltage is induced by the voltage induced through the transformer coupling. The bypass current flowing in the 1 to 3 resonance reactors 69, 71, 73 is changed by the same amount of current as the load current. Details will be described later.

(5−2)電力供給装置の動作
次に、電力供給装置41の給電回路の動作について説明する。なお、三相交流電源43の三相の各相では同じ現象が観測される。従って、以下、第1電源ライン51であるU相の交流電源ラインを例に挙げて説明する。図3において、第1電圧Va、第2電圧Vb、第3電圧Vcは、三相交流中性点からの電圧値をそれぞれ示す。また、第1電源ライン51に流れる電源電流を電源電流i11、第1交流リアクトル57に流れる電流を負荷電流i12、第1接続線64及び第1共振リアクトル69に流れる電流をバイパス電流i13という。なお、これら電流は、電源電流i11=負荷電流i12+バイパス電流i13の関係にある。
(5-2) Operation of Power Supply Device Next, the operation of the power supply circuit of the power supply device 41 will be described. The same phenomenon is observed in each of the three phases of the three-phase AC power supply 43. Therefore, the U-phase AC power supply line which is the first power supply line 51 will be described below as an example. In FIG. 3, a first voltage Va, a second voltage Vb, and a third voltage Vc indicate voltage values from a three-phase AC neutral point, respectively. The power supply current flowing through the first power supply line 51 is referred to as a power supply current i11, the current flowing through the first AC reactor 57 is referred to as a load current i12, and the current flowing through the first connection line 64 and the first resonance reactor 69 is referred to as a bypass current i13. These currents have a relationship of power supply current i11 = load current i12 + bypass current i13.

(5−2−1)実施例1
実施例1における電力供給装置41の給電回路の動作について、図3と、さらに図4〜図5を参照して説明する。図4は、実施例1における各素子のパラメータ例を示す図である。図5は、実施例1における低負荷電力時における電源電流i11、負荷電流i12及びバイパス電流i13の波形を示す図である。
(5-2-1) Example 1
The operation of the power supply circuit of the power supply device 41 in the first embodiment will be described with reference to FIG. 3 and further to FIGS. FIG. 4 is a diagram illustrating a parameter example of each element in the first embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating waveforms of the power supply current i11, the load current i12, and the bypass current i13 at the time of low load power in the first embodiment.

前述のとおり電力供給装置41の給電回路では、第1〜3共振リアクトル69、71、73及び第1〜3接続コンデンサ75、77、79は、一体となって共振回路を構成する。第1〜3共振リアクトル69、71、73及び第1〜3接続コンデンサ75、77、79の各パラメータは、構成する共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源43の電源周波数の2〜3倍の周波数で共振するようにそれぞれ設定されている。ここで共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ三相交流電源43の電源周波数の2〜3倍の周波数とは、例えば137Hzである。このように上記6素子の各パラメータを設定し、構成する共振回路の共振周波数より低い周波数であって三相交流電源43の電源周波数の2〜3倍の周波数を利用することにより、電力供給装置41の給電回路において以下が実現される。すなわち、整流回路45から発生した負荷電流i12に起因して第1結合トランス81を介して第1〜3共振リアクトル69、71、73に電圧が誘起された場合に、バイパス電流i13を負荷電流i12と同量の電流分変動させることができる。なお、本実施形態において共振周波数とは、第1〜3接続コンデンサ75、77、79及び第1〜3共振リアクトル69、71、73によって構成される共振回路のインピーダンスが最小となる周波数をいう。   As described above, in the power supply circuit of the power supply device 41, the first to third resonance reactors 69, 71, and 73 and the first to third connection capacitors 75, 77, and 79 integrally form a resonance circuit. The parameters of the first to third resonance reactors 69, 71, 73 and the first to third connection capacitors 75, 77, 79 are lower than the resonance frequency of the constituting resonance circuit and are the power supply frequency of the three-phase AC power supply 43. Are set so as to resonate at a frequency two to three times the frequency. Here, the frequency lower than the resonance frequency of the resonance circuit and 2 to 3 times the power frequency of the three-phase AC power source 43 is, for example, 137 Hz. Thus, by setting each parameter of the six elements and using a frequency that is lower than the resonance frequency of the constituting resonance circuit and that is two to three times the power frequency of the three-phase AC power source 43, a power supply device The following is realized in the 41 power supply circuits. That is, when a voltage is induced in the first to third resonance reactors 69, 71, 73 via the first coupling transformer 81 due to the load current i12 generated from the rectifier circuit 45, the bypass current i13 is changed to the load current i12. Can be changed by the same amount of current. In the present embodiment, the resonance frequency refers to a frequency at which the impedance of the resonance circuit constituted by the first to third connection capacitors 75, 77, 79 and the first to third resonance reactors 69, 71, 73 is minimized.

具体的に実施例1では、図4に示すとおり、第1交流リアクトル57(L1)、第2交流リアクトル59(L2)及び第3交流リアクトル61(L3)は、1000μHに設定されている。第1共振リアクトル69(L11)、第2共振リアクトル71(L22)及び第3共振リアクトル73(L3)は、1500μHに設定されている。第1接続コンデンサ75(C1)、第2接続コンデンサ77(C2)及び第3接続コンデンサ79(C3)は、300μFに設定されている。
なお、実施例1において第1交流リアクトル57及び第1共振リアクトル69から構成された第1結合トランス81の結合係数kは、0.999である。
Specifically, in Example 1, as shown in FIG. 4, the first AC reactor 57 (L1), the second AC reactor 59 (L2), and the third AC reactor 61 (L3) are set to 1000 μH. The first resonance reactor 69 (L11), the second resonance reactor 71 (L22), and the third resonance reactor 73 (L3) are set to 1500 μH. The first connection capacitor 75 (C1), the second connection capacitor 77 (C2), and the third connection capacitor 79 (C3) are set to 300 μF.
In the first embodiment, the coupling coefficient k of the first coupling transformer 81 configured by the first AC reactor 57 and the first resonance reactor 69 is 0.999.

まず、電力供給装置41の給電回路において負荷電流が発生していない場合には、バイパス電流i13には三相交流電源43からの1線の正弦波電流が流れている。   First, when no load current is generated in the power supply circuit of the power supply device 41, a one-line sine wave current from the three-phase AC power supply 43 flows in the bypass current i13.

その後、整流回路45のダイオードD1、D2に電圧が印加され、ダイオードD1、D2の動作によって負荷電流が発生すれば、図5(B)に示すとおり、発生した負荷電流と同量の電流が負荷電流i12として第1交流リアクトル57に流れる。また、第1交流リアクトル57に負荷電流i12が流れることにより、第1交流リアクトル57の両端に負荷電流i12に応じた電圧が発生する。   Thereafter, when a voltage is applied to the diodes D1 and D2 of the rectifier circuit 45 and a load current is generated by the operation of the diodes D1 and D2, a current of the same amount as the generated load current is loaded as shown in FIG. The current i12 flows to the first AC reactor 57. Further, when the load current i <b> 12 flows through the first AC reactor 57, a voltage corresponding to the load current i <b> 12 is generated at both ends of the first AC reactor 57.

負荷電流i12に応じて第1交流リアクトル57の両端に発生した電圧は、第1結合トランス81によって第1共振リアクトル69に電圧を誘起する。ここで、実施例1で採用された第1交流リアクトル57及び第1共振リアクトル69の結合係数は、k=0.999である。従って、第1共振リアクトル69に誘起された電圧は、第1交流リアクトル57の両端に発生した電圧と相似関係となり、かつ位相が反転される。また、前述したとおり、第1〜3接続コンデンサ75、77、79及び第1〜3共振リアクトル69、71、73は、トランス結合を介して負荷電流i12と同量の電流分バイパス電流i13を変動させるように設定されている。従って、正弦波電流であったバイパス電流i13に負荷電流i12と同量であって位相が反転された電流が作用することにより、バイパス電流i13の波形は、図5(c)で示されるように歪む。   The voltage generated at both ends of the first AC reactor 57 in response to the load current i12 induces a voltage in the first resonance reactor 69 by the first coupling transformer 81. Here, the coupling coefficient of the first AC reactor 57 and the first resonance reactor 69 employed in the first embodiment is k = 0.999. Therefore, the voltage induced in the first resonance reactor 69 is similar to the voltage generated at both ends of the first AC reactor 57, and the phase is inverted. As described above, the first to third connection capacitors 75, 77, and 79 and the first to third resonance reactors 69, 71, and 73 vary the bypass current i13 by the same amount as the load current i12 through the transformer coupling. Is set to let Therefore, when a current having the same amount as the load current i12 and having a phase inverted acts on the bypass current i13 that is a sine wave current, the waveform of the bypass current i13 is as shown in FIG. 5C. Distorted.

歪んだバイパス電流i13は、負荷電流i12を打ち消す方向に流れる。すなわち、第1〜3共振リアクトル69、71、73及び第1〜3接続コンデンサ75、77、79は、第1電圧Vaからみると、三相交流電源43の電源周波数の2〜3倍の周波数で共振する。従って、三相交流中性点からの第3電圧Vcは常に上昇していて、その結果、第3電圧Vcは、常に第2電圧Vbと同相でありかつ第2電圧Vbより高い状態にある。その結果、第3電圧Vcと2電圧Vbの電位差によって、歪んだバイパス電流i13は、負荷電流i12を打ち消す方向、すなわち図3に示す矢印方向とは逆方向に流れる。
このように歪んだバイパス電流i13が流れることにより、負荷電流i12は打ち消されて、電源電流i11は常に正弦波となる。すなわち、電源電流i11=負荷電流i12+バイパス電流i13の関係にあるため、バイパス電流i13が負荷電流i12を打ち消し、電源電流i11は、図5(A)で示すとおり正弦波を有する。
The distorted bypass current i13 flows in a direction that cancels the load current i12. That is, the first to third resonance reactors 69, 71, 73 and the first to third connection capacitors 75, 77, 79 have a frequency that is two to three times the power frequency of the three-phase AC power source 43 when viewed from the first voltage Va. Resonates at. Therefore, the third voltage Vc from the three-phase AC neutral point is constantly increasing, and as a result, the third voltage Vc is always in phase with the second voltage Vb and higher than the second voltage Vb. As a result, due to the potential difference between the third voltage Vc and the second voltage Vb, the distorted bypass current i13 flows in the direction that cancels the load current i12, that is, in the direction opposite to the arrow direction shown in FIG.
When the distorted bypass current i13 flows in this way, the load current i12 is canceled and the power source current i11 is always a sine wave. That is, since there is a relationship of power supply current i11 = load current i12 + bypass current i13, bypass current i13 cancels load current i12, and power supply current i11 has a sine wave as shown in FIG.

上記の構成を有することにより、負荷電流i12が変動しても、その変動と同量分バイパス電流i13も変動するため、電源電流i11は変動することなく負荷電流i12が流れていない場合の電源電流i11と同値になる。その結果、電源電流i11は負荷電流i12の発生に関係なく常にほぼ正弦波であり、電源電流i11における高調波電流は抑制される。なお、第1交流リアクトル57及び第1共振リアクトル69の磁気定数の非直線等の理由から、電源電流i11には若干の高調波成分は残留するが僅少である。   With the above configuration, even if the load current i12 fluctuates, the bypass current i13 also fluctuates by the same amount as the fluctuation, so the power supply current i11 does not fluctuate and the power supply current i12 does not flow It becomes the same value as i11. As a result, the power supply current i11 is always a sine wave regardless of the generation of the load current i12, and the harmonic current in the power supply current i11 is suppressed. Note that, for reasons such as the non-linearity of the magnetic constants of the first AC reactor 57 and the first resonance reactor 69, some harmonic components remain in the power source current i11, but are slight.

また、第1交流リアクトル57及び第1共振リアクトル69とはインダクタンスとして相殺関係にある。従って、第1交流リアクトル57又は第1共振リアクトル69が電源系統の直列インピーダンスとはならないため、安定した電源を供給できる。
上記のとおり、実施例1における電力供給装置41では、電源高調波及び電源変動率を共に低減させることができる。
また、三相交流電源43と整流回路45との間の間に受動素子だけを配置させればよいので、簡単な構成で電源高調波及び電源変動率を低減させる電力供給装置41を実現できる。
さらに、上記のとおり、実施例1では、第1〜3共振リアクトル69、71、73及び第1〜3接続コンデンサ75、77、79の共振回路の周波数は、電源周波数の2〜3倍の周波数の137Hzである。三相交流電源43からみて、共振回路のインピーダンスは、周波数が137Hz未満の場合にはコンデンサとみなせ、周波数が137Hz以上の場合ではインダクタンスとみなせる。従って、本実施例では、周辺機器に多用された三相整流方式で顕著に発生する第5次高調波(250Hz又は300Hz)及び第7次高調波(350Hz又は420Hz)において共振回路のインピーダンスをインダクタンスとみなせるので、周辺機器に悪影響を及ぼす可能性を低減できる。
The first AC reactor 57 and the first resonance reactor 69 are in a canceling relationship as inductance. Accordingly, since the first AC reactor 57 or the first resonance reactor 69 does not become the series impedance of the power supply system, stable power can be supplied.
As described above, the power supply device 41 according to the first embodiment can reduce both the power harmonic and the power fluctuation rate.
In addition, since only the passive elements have to be arranged between the three-phase AC power supply 43 and the rectifier circuit 45, the power supply device 41 that reduces the power supply harmonics and the power supply fluctuation rate with a simple configuration can be realized.
Furthermore, as described above, in Example 1, the frequencies of the resonance circuits of the first to third resonance reactors 69, 71, and 73 and the first to third connection capacitors 75, 77, and 79 are two to three times the power supply frequency. 137 Hz. When viewed from the three-phase AC power supply 43, the impedance of the resonance circuit can be regarded as a capacitor when the frequency is less than 137 Hz, and can be regarded as an inductance when the frequency is 137 Hz or more. Therefore, in this embodiment, the impedance of the resonant circuit is inducted in the fifth harmonic (250 Hz or 300 Hz) and the seventh harmonic (350 Hz or 420 Hz) that are remarkably generated in the three-phase rectification method frequently used in peripheral devices. Therefore, the possibility of adversely affecting peripheral devices can be reduced.

次に、実施例1におけるシミュレーション結果について説明する。具体的には、実施例1における低負荷電力時及び高負荷電力時における電流波形及び総合高調波ひずみ率を示す。また、実施例1における電源変動率を示す。
シミュレーション条件として、図4に示す条件の他に、電源電流i11=40.0Arms及び直流負荷RL=37Ωを採用する。また、結合係数k=0.999、三相交流電源43の交流電圧=200Vac及び三相交流電源43の周波数=50Hzを採用する。
Next, the simulation result in Example 1 is demonstrated. Specifically, the current waveform and the total harmonic distortion rate at the time of low load power and high load power in Example 1 are shown. Moreover, the power supply fluctuation rate in Example 1 is shown.
As the simulation conditions, in addition to the conditions shown in FIG. 4, a power supply current i11 = 40.0 Arms and a DC load RL = 37Ω are adopted. Further, the coupling coefficient k = 0.999, the AC voltage of the three-phase AC power supply 43 = 200 Vac, and the frequency of the three-phase AC power supply 43 = 50 Hz are adopted.

ここで総合高調波ひずみ率(基本波基準、以下THD−F(Total Harmonic Distortion−Fundamental)という)とは、基本波に対する高調波成分の比率である。THD−Fは、以下の数式1で表される。

Figure 2013017347

ここでI1=電源周波数電流値、n=次数、In=高調波電流値である。
THD−Fがより低いほど、高調波成分が少なく電流波形に歪みが小さいことが示される。総合高調波ひずみ率は、各種規格の要請により、13%以下であることが目標とされる。 Here, the total harmonic distortion factor (fundamental wave reference, hereinafter referred to as THD-F (Total Harmonic Distortion-Fundamental)) is the ratio of the harmonic component to the fundamental wave. THD-F is expressed by Equation 1 below.
Figure 2013017347

Here, I1 = power frequency current value, n = order, In = harmonic current value.
It is shown that the lower the THD-F, the fewer the harmonic components and the less the distortion in the current waveform. The total harmonic distortion rate is targeted to be 13% or less as required by various standards.

また、電源変動率とは、商用電源側からの入力電圧の変動に対する出力安定度を示す。電源変動率とは、以下の数式2で表される。なお、ここでは直流(DC)の電源変動率を求める。

Figure 2013017347

なお、低負荷電力とは2.5kW〜2.9kWであり、高負荷電力とは24kW〜25kWを指す。 The power supply fluctuation rate indicates the output stability with respect to the fluctuation of the input voltage from the commercial power supply side. The power supply fluctuation rate is expressed by the following formula 2. Here, a direct current (DC) power supply fluctuation rate is obtained.
Figure 2013017347

The low load power is 2.5 kW to 2.9 kW, and the high load power is 24 kW to 25 kW.

低負荷電力時における電源電流i11、負荷電流i12及びバイパス電流i13の波形は、すでに図5に示したとおりである。また、高負荷電力時の電源電流i11、負荷電流i12及びバイパス電流i13の波形は図6のとおりである。図6は、実施例1における高負荷電力時の電源電流i11、負荷電流i12及びバイパス電流i13の波形を示す図である。高負荷電力時の場合も低負荷電力時と同様に、電源電流i11はほぼ正弦波を有する。すなわち、電源電流i11=負荷電流i12+バイパス電流i13の関係にあり、歪んだバイパス電流i13が負荷電流i12を打ち消し、電源電流i11は常にほぼ正弦波となる。   The waveforms of the power source current i11, the load current i12, and the bypass current i13 at the time of low load power are as shown in FIG. Further, the waveforms of the power source current i11, the load current i12, and the bypass current i13 at the time of high load power are as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating waveforms of the power supply current i11, the load current i12, and the bypass current i13 when the load power is high in the first embodiment. In the case of high load power, as in the case of low load power, the power supply current i11 has a substantially sine wave. That is, there is a relationship of power supply current i11 = load current i12 + bypass current i13, and the distorted bypass current i13 cancels the load current i12, so that the power supply current i11 is always substantially a sine wave.

また、実施例1における低負荷電力時及び高負荷電力時における総合高調波ひずみ率とDC電源変動率とを図7に示す。図7は、実施例1における低負荷電力時及び高負荷電力時の総合高調波ひずみ率とDC電源変動率とを示す図である。総合高調波ひずみ率は上述の数式1を用いて算出される。また、DC電源変動率は上述の数式2を用いて算出される。   In addition, FIG. 7 shows the total harmonic distortion rate and the DC power supply fluctuation rate at the time of low load power and high load power in Example 1. FIG. 7 is a diagram illustrating the total harmonic distortion rate and the DC power source fluctuation rate at the time of low load power and high load power in Example 1. The total harmonic distortion rate is calculated using Equation 1 above. Further, the DC power supply fluctuation rate is calculated using the above-described Equation 2.

図7に示すとおり、実施例1おいて、低負荷電力時の総合高調波ひずみ率は3.1%、高負荷電力時の総合高調波ひずみ率は5.0%というシミュレーション結果が得られた。これにより、本実施例では高調波成分が改善されていることが分かる。すなわち、各種規格によって、THD−Fは13%以下であることが目標とされるが、上記シミュレーション結果のとおり本実施例では目標値を実現できる。また、DC電源変動率は1.6%であり、実施例1ではDC電源変動率が十分に低い安定した電源電圧を提供できる。以上のとおり、実施例1では、電源高調波及び電源変動率を共に十分に低減させた良好な電力供給装置41を提供できることがシミュレーション結果により確認できる。   As shown in FIG. 7, in Example 1, a simulation result was obtained that the total harmonic distortion factor at low load power was 3.1%, and the total harmonic distortion factor at high load power was 5.0%. . Thereby, it turns out that a harmonic component is improved in a present Example. That is, THD-F is targeted to be 13% or less according to various standards, but the target value can be realized in this embodiment as the simulation result. Further, the DC power supply fluctuation rate is 1.6%, and in the first embodiment, a stable power supply voltage with a sufficiently low DC power supply fluctuation rate can be provided. As described above, in the first embodiment, it can be confirmed from the simulation result that a good power supply device 41 in which both the power supply harmonics and the power supply fluctuation rate are sufficiently reduced can be provided.

(5−2−2)他の実施例
他の実施例における各素子のパラメータ例を示す。図8は、他の実施例における各素子のパラメータ例を示す図である。
(5-2-2) Other Examples Parameter examples of each element in other examples will be shown. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of parameters of each element in another embodiment.

他の実施例における電力供給装置41は、上記の実施例1と各素子のパラメータが異なる以外は実施例1と同じ構成であり、またその動作も同じである。
実施例2では、第1交流リアクトル57(L1)、第2交流リアクトル59(L2)及び第3交流リアクトル61(L3)が、実施例1と比べて10%上昇され、1100μHに設定されている。第1共振リアクトル69(L11)、第2共振リアクトル71(L22)及び第3共振リアクトル73(L3)は、実施例1と同じ1500μHに設定されている。また、第1接続コンデンサ75(C1)、第2接続コンデンサ77(C2)及び第3接続コンデンサ79(C3)は、実施例1と同じ300μFに設定されている。
The power supply device 41 according to another embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the parameters of each element are different from those of the first embodiment, and the operation thereof is also the same.
In the second embodiment, the first AC reactor 57 (L1), the second AC reactor 59 (L2), and the third AC reactor 61 (L3) are increased by 10% compared to the first embodiment and set to 1100 μH. . The first resonance reactor 69 (L11), the second resonance reactor 71 (L22), and the third resonance reactor 73 (L3) are set to 1500 μH, which is the same as in the first embodiment. The first connection capacitor 75 (C1), the second connection capacitor 77 (C2), and the third connection capacitor 79 (C3) are set to 300 μF, which is the same as in the first embodiment.

実施例3では、第1交流リアクトル57(L1)、第2交流リアクトル59(L2)及び第3交流リアクトル61(L3)は、実施例1と同じ1000μHに設定されている。第1共振リアクトル69(L11)、第2共振リアクトル71(L22)及び第3共振リアクトル73(L3)は、実施例1と比べて10%上昇され、1650μHに設定されている。また、第1接続コンデンサ75(C1)、第2接続コンデンサ77(C2)及び第3接続コンデンサ79(C3)は、実施例1と同じ300μFに設定されている。   In the third embodiment, the first AC reactor 57 (L1), the second AC reactor 59 (L2), and the third AC reactor 61 (L3) are set to 1000 μH as in the first embodiment. The first resonance reactor 69 (L11), the second resonance reactor 71 (L22), and the third resonance reactor 73 (L3) are increased by 10% compared to the first embodiment and set to 1650 μH. The first connection capacitor 75 (C1), the second connection capacitor 77 (C2), and the third connection capacitor 79 (C3) are set to 300 μF, which is the same as in the first embodiment.

実施例4では、第1交流リアクトル57(L1)、第2交流リアクトル59(L2)及び第3交流リアクトル61(L3)は、実施例1と同じ1000μHに設定されている。第1共振リアクトル69(L11)、第2共振リアクトル71(L22)及び第3共振リアクトル73(L3)は、実施例1と同じ1500μHに設定されている。一方、第1接続コンデンサ75(C1)、第2接続コンデンサ77(C2)及び第3接続コンデンサ79(C3)は、実施例1と比べて10%上昇され、330μFに設定されている。   In the fourth embodiment, the first AC reactor 57 (L1), the second AC reactor 59 (L2), and the third AC reactor 61 (L3) are set to 1000 μH as in the first embodiment. The first resonance reactor 69 (L11), the second resonance reactor 71 (L22), and the third resonance reactor 73 (L3) are set to 1500 μH, which is the same as in the first embodiment. On the other hand, the first connection capacitor 75 (C1), the second connection capacitor 77 (C2), and the third connection capacitor 79 (C3) are increased by 10% compared to the first embodiment and set to 330 μF.

実施例5は、実施例1の素子のうちいくつかのパラメータを10%上昇させた例である。
具体的には、第1交流リアクトル57(L1)及び第3交流リアクトル61(L3)は、実施例1と比べて10%上昇されて1100μHに設定され、第2交流リアクトル59(L2)実施例1と同じ1000μHに設定されている。また、第1共振リアクトル69(L11)及び第3共振リアクトル73(L3)は、実施例1と比べて10%上昇されて1650μHに設定され、第2共振リアクトル71(L22)は実施例1と同じ1500μHに設定されている。さらに第1接続コンデンサ75(C1)及び第3接続コンデンサ79(C3)は、実施例1と比べて10%上昇されて330μFに設定され、第2接続コンデンサ77(C2)は実施例1と同じ300μFに設定されている。
Example 5 is an example in which some parameters of the element of Example 1 are increased by 10%.
Specifically, the first AC reactor 57 (L1) and the third AC reactor 61 (L3) are increased by 10% compared to the first embodiment and set to 1100 μH, and the second AC reactor 59 (L2) embodiment. 1 is set to 1000 μH. Further, the first resonance reactor 69 (L11) and the third resonance reactor 73 (L3) are increased by 10% compared to the first embodiment and set to 1650 μH, and the second resonance reactor 71 (L22) is the same as that of the first embodiment. The same 1500 μH is set. Further, the first connection capacitor 75 (C1) and the third connection capacitor 79 (C3) are increased by 10% compared to the first embodiment and set to 330 μF, and the second connection capacitor 77 (C2) is the same as the first embodiment. It is set to 300 μF.

以上のように各素子のパラメータを設定し、実施例1と同様に、低負荷電力時及び高負荷電力時における電流波形及び総合高調波ひずみ率と電源変動率とを推定した。その結果、実施例2〜5のいずれにおいても、低負荷電力時及び高負荷電力時における電源電流はほぼ正弦波を有するというシミュレーション結果が得られた。また、低負荷電力時及び高負荷電力時における総合高調波ひずみ率は、実施例2〜5のいずれにおいても10%以下という良好な結果を得た。さらにDC電源変動率も、実施例2〜5のいずれにおいても約2%台という良好な結果が得られた。   The parameters of each element were set as described above, and the current waveform, the total harmonic distortion rate, and the power supply fluctuation rate at the time of low load power and high load power were estimated as in Example 1. As a result, in any of Examples 2 to 5, a simulation result was obtained that the power supply current at the time of low load power and at the time of high load power has a substantially sine wave. Moreover, the total harmonic distortion factor at the time of low load electric power and at the time of high load electric power obtained the favorable result of 10% or less in any of Examples 2-5. Furthermore, the DC power source fluctuation rate was as good as about 2% in any of Examples 2 to 5.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of invention. In particular, a plurality of embodiments and modifications described in this specification can be arbitrarily combined as necessary.

本発明は、自動倉庫及び工場を走行する走行車に非接触で電力を供給する非接触給電用電力供給装置に広く適用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to a power supply device for non-contact power supply that supplies power to a traveling vehicle traveling in an automatic warehouse and a factory without contact.

1 天井搬送車システム
3 レール
5 天井搬送車
11 走行レール
13 給電レール
15 給電線ホルダ
17 一対の給電線
21 走行部
23 受電部
25 搬送車本体部
27 一対のピックアップユニット
29 コア
31 ピックアップコイル
41 電力供給装置
43 三相交流電源
45 整流回路
47 平滑用コンデンサ
49 負荷
51 第1電源ライン
53 第2電源ライン
55 第3電源ライン
57 第1交流リアクトル
59 第2交流リアクトル
61 第3交流リアクトル
63 接続線
64 第1接続線
65 第2接続線
66 第3接続線
67 第4接続線
69 第1共振リアクトル
71 第2共振リアクトル
73 第3共振リアクトル
75 第1接続コンデンサ
77 第2接続コンデンサ
79 第3接続コンデンサ
81 第1結合トランス
83 第2結合トランス
85 第3結合トランス
101 インターベイルート
103 イントラベイルート
105 複数の処理装置
107 ロードポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceiling carrier system 3 Rail 5 Ceiling carrier 11 Traveling rail 13 Feeding rail 15 Feeding line holder 17 A pair of feeding line 21 A traveling part 23 A receiving part 25 A conveying body part 27 A pair of pickup units 29 A core 31 A pickup coil 41 A power supply Device 43 Three-phase AC power supply 45 Rectifier circuit 47 Smoothing capacitor 49 Load 51 First power supply line 53 Second power supply line 55 Third power supply line 57 First AC reactor 59 Second AC reactor 61 Third AC reactor 63 Connection line 64 1 connection line 65 2nd connection line 66 3rd connection line 67 4th connection line 69 1st resonance reactor 71 2nd resonance reactor 73 3rd resonance reactor 75 1st connection capacitor 77 2nd connection capacitor 79 3rd connection capacitor 81 1st 1 coupled transformer 83 2nd coupled transformer 85 3rd coupled transformer Nsu 101 inter-bay route 103 intra-bay 105 more processors 107 load port

Claims (2)

三相交流電源を直流に変換する整流回路と、
前記三相交流電源と前記整流回路との間を接続する第1〜3電源ラインと、
前記第1〜3電源ラインのそれぞれに直列に挿入された第1〜3交流リアクトルと、
前記第1〜3電源ラインを、前記三相交流電源と第1〜3交流リアクトルとの間で互いに接続する接続線と、
前記接続線に直列に挿入され、前記第1〜3交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置された第1〜3共振リアクトルと、
前記接続線に挿入され、前記第1〜3共振リアクトルの間に配置された第1〜3接続コンデンサと、
を備え、
前記第1〜3共振リアクトルと第1〜3接続コンデンサとは、共振回路を構成し、前記共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ前記三相交流電源の電源周波数の2〜3倍の周波数で共振するようにそれぞれパラメータが設定されている非接触給電用電力供給装置。
A rectifier circuit that converts a three-phase AC power source into DC,
First to third power supply lines connecting the three-phase AC power supply and the rectifier circuit;
First to third AC reactors inserted in series in each of the first to third power lines;
A connection line that connects the first to third power lines with each other between the three-phase AC power source and the first to third AC reactors;
First to third resonance reactors inserted in series in the connection line and arranged to be transformer-coupled to the first to third AC reactors;
First to third connection capacitors inserted between the connection lines and disposed between the first to third resonance reactors;
With
The first to third resonance reactors and the first to third connection capacitors constitute a resonance circuit, having a frequency lower than the resonance frequency of the resonance circuit and 2 to 3 times the power frequency of the three-phase AC power source. A power supply device for non-contact power supply in which parameters are set so as to resonate at a frequency.
三相交流電源を直流に変換する整流回路と、
前記三相交流電源と前記整流回路との間を接続する第1〜3電源ラインと、
前記第1〜3電源ラインのそれぞれに直列に挿入された第1〜3交流リアクトルと、
前記第1〜3電源ラインを、前記三相交流電源と第1〜3交流リアクトルとの間で互いに接続する接続線と、
前記接続線に直列に挿入され、前記第1〜3交流リアクトルとトランス結合するようにそれぞれ配置された第1〜3共振リアクトルと、
前記接続線に挿入され、前記第1〜3共振リアクトルの間に配置された第1〜3接続コンデンサと、
を備え、
前記第1〜3共振リアクトルと第1〜3接続コンデンサとが、共振回路を構成した非接触給電用電力供給装置において、
前記整流回路から発生した負荷電流に起因して前記第1〜3共振リアクトルに電圧を誘起するステップと、
前記共振回路を前記共振回路の共振周波数より低い周波数であってかつ前記三相交流電源の電源周波数の2〜3倍の周波数で共振させて、前記第1〜3共振リアクトルに流れるバイパス電流によって前記負荷電流を打ち消すステップと、
を備えた電源高調波の低減方法。
A rectifier circuit that converts a three-phase AC power source into DC,
First to third power supply lines connecting the three-phase AC power supply and the rectifier circuit;
First to third AC reactors inserted in series in each of the first to third power lines;
A connection line that connects the first to third power lines with each other between the three-phase AC power source and the first to third AC reactors;
First to third resonance reactors inserted in series in the connection line and arranged to be transformer-coupled to the first to third AC reactors;
First to third connection capacitors inserted between the connection lines and disposed between the first to third resonance reactors;
With
In the power supply device for non-contact power feeding, the first to third resonance reactors and the first to third connection capacitors constitute a resonance circuit.
Inducing a voltage in the first to third resonance reactors due to a load current generated from the rectifier circuit;
The resonance circuit is resonated at a frequency lower than the resonance frequency of the resonance circuit and at a frequency two to three times the power supply frequency of the three-phase AC power source, and the bypass current flowing through the first to third resonance reactors A step of canceling the load current;
A method for reducing power supply harmonics.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022074974A1 (en) * 2020-10-06 2022-04-14 村田機械株式会社 Non-contact power supply system and transportation system

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