JP2016082715A - 直列共振電力転送装置 - Google Patents
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Abstract
電気的絶縁が可能な双方向電力転送装置に関するものである。
【解決手段】
コンデンサおよびインダクタの直列接続から成る一次共振回路とコンデンサおよびインダクタの直列接続から成る二次共振回路とで構成される直列共振型高周波絶縁変圧器と、スイッチング素子とダイオードが逆並列接続されたスイッチ2つを逆直列接続した複数の双方向スイッチから成る電力変換器とで構成される回路を用いる。
【選択図】図1
Description
三相交流電源6とインダクタLr、Ls、LtおよびコンデンサCr、Cs、Ctから成る三相フィルタ回路とで構成される三相交流電圧源7から、高調波抑制・力率操作が可能なPWMコンバータ15を介し直流電圧に変換し、該直流電圧からフルブリッジインバータ16で高周波単相交流電圧に変換し、高周波絶縁変圧器8で絶縁した前記高周波単相交流電圧をフルブリッジインバータ17を介して再度直流電圧に変換し、電力変換器18を介して三相負荷へ接続する3つの出力端子UVWに三相交流電圧を出力する。一次側と二次側の回路は対称であるため、双方向に電力を供給可能である。
前記一次電圧源から前記二次電圧源に電力を転送する場合は前記一次電圧源の出力電圧からの前記二次電圧源の出力電圧の位相差を+90度とし、前記二次電圧源から前記一次電圧源に電力を転送する場合は前記位相差を−90度とすることを特徴とする。
前記一次電圧源や前記二次電圧源の出力電圧に0電圧を出力するタイミングを設け、前記一次電圧源の出力電圧が0電圧でない時間的比率D1と前記二次電圧源の出力電圧が0電圧でない時間的比率D2と前記一次電圧源の出力電圧の振幅V1と前記二次電圧源の出力電圧の振幅V2との積を調整することで前記一次電圧源と前記二次電圧源との間で転送される電力の絶対値を制御することを特徴とする。
一次側電圧Vinを共振周期Tの矩形波電圧とすると、一次側電流IinはインダクタL1とコンデンサC1とで共振する交流電流でVinと同位相および同周期となる。電力を一次側から二次側へ転送する場合、二次側電圧Voは(1)式よりVinより90度進んだ波形とすればよい。逆に電力を二次側から一次側へ転送する場合、Ioは図7中段図と同一であり、Voは図7下段図のようにVinより90度遅れた電圧波形とすればよい。したがって、VinやVoを生成する電力変換器は、電流がゼロクロス付近でスイッチングするので前記電力変換器のスイッチングによる損失は小さくなる。
図1の一次電圧源20は、単相電圧型インバータ2により直流電圧源1の電圧を波高値として、図7や図8に示される電圧Vinを直列共振型高周波絶縁変圧器3に供給することができる。図1の二次電圧源21は、電力変換器10とコンデンサ22で構成される。電力変換器10は、直列共振型高周波絶縁変圧器3との接続端子とコンデンサ22の両端との間の接続を全ての組み合わせでオンオフする4つの双方向スイッチとからなる単相マトリックスコンバータである。この双方向スイッチは、スイッチング素子とダイオードが逆並列接続されたスイッチ2つを逆直列接続した構成となっている。この単相マトリックスコンバータにより、コンデンサ22の電圧極性に関係なくコンデンサ22の両端電位差を波高値として、図7のVoや図8のVinをVoとした電圧Voを直列共振型高周波絶縁変圧器3に供給することができる。以上より一次電圧源20と二次電圧源21との間で電力の転送を行うことができる。そうすると、二次電圧源21に接続されたコンデンサ22の電圧を調整でき、該コンデンサ22に負荷を接続すると該負荷の電圧や電流及び電力を制御できる。
図2は、図1と比較して二次電圧源30の構成のみが異なっているので、図2については二次電圧源30のみについて説明する。図2の二次電圧源30は、電力変換器11とコンデンサ23、24、25とから成る。電力変換器11は、直列共振型高周波絶縁変圧器3との接続端子とスター結線されたコンデンサ23、24、25の3つの端子との間の接続を全ての組み合わせでオンオフする6つの双方向スイッチとからなる三相マトリックスコンバータである。この三相マトリックスコンバータにより、二次電圧源30は、コンデンサ23、24、25の電圧から、図7のVoや図8のVinをVoとした電圧Voを直列共振型高周波絶縁変圧器3に供給することができる。以上より一次電圧源20と二次電圧源30との間で電力の転送を行うことができる。そうすると、二次電圧源30に接続されたコンデンサ23、24、25の電圧を調整でき、該コンデンサ23、24、25に負荷を接続すると該負荷の電圧や電流及び電力を制御できる。
図3は、図1と比較して一次電圧源31の構成のみが異なっているので、図3については一次電圧源31のみについて説明する。図3の一次電圧源31は、単相交流電源4とインダクタLinおよびコンデンサCinから成るフィルタ回路とで構成される単相交流電圧源5と電力変換器12とから成る。電力変換器12は、単相交流電圧源5の2つの端子と直列共振型高周波絶縁変圧器3との接続端子との間の接続を全ての組み合わせでオンオフする4つの双方向スイッチとからなる単相マトリックスコンバータである。この単相マトリックスコンバータにより、単相交流電圧源5の極性に関係なく単相交流電圧源5の電圧を波高値とする図7や図8に示される電圧Vinを直列共振型高周波絶縁変圧器3に供給することができる。以上より一次電圧源31の単相交流電圧源5と二次電圧源21のコンデンサ22との間で電力の転送を行うことができる。そうすると、コンデンサ22の電圧を調整でき、該コンデンサ22に負荷を接続すると該負荷の電圧や電流及び電力を制御できる。
図4は、図2と比較して一次電圧源32の構成のみが異なっているので、図4については一次電圧源32のみについて説明する。図4の一次電圧源32は、三相交流電源6とインダクタLr、Ls、LtおよびコンデンサCr、Cs、Ctから成る三相フィルタ回路とで構成される三相交流電圧源7と電力変換器14とから成る。電力変換器14は、三相交流電圧源7の3つの端子と直列共振型高周波絶縁変圧器3との接続端子との間の接続を全ての組み合わせでオンオフする6つの双方向スイッチとからなる三相マトリックスコンバータである。この三相マトリックスコンバータは、三相交流電圧源7の極性に関係なく三相交流電圧源7の任意の相の線間電圧を波高値とする図7や図8に示される電圧Vinを直列共振型高周波絶縁変圧器3に供給することができる。以上より一次電圧源32の三相交流電源6と二次電圧源30のコンデンサ23、24、25との間で電力の転送を行うことができる。そうすると、該コンデンサ23、24、25の電圧を調整でき、該コンデンサ23、24、25に並列に負荷を接続すると該負荷の電圧や電流及び電力を制御できる。
2 単相電圧型インバータ
3 直列共振型高周波絶縁変圧器
4 単相交流電源
5 単相交流電圧源
6 三相交流電源
7 三相交流電圧源
8 高周波絶縁型変圧器
10、11、12、13、14、18 電力変換器
15 PWMコンバータ
16、17 フルブリッジインバータ
20、31、32 一次電圧源
21、30 二次電圧源
22 コンデンサC
23 コンデンサCu
24 コンデンサCv
25 コンデンサCw
Claims (6)
- コンデンサとインダクタの直列接続から成る一次共振回路と,
コンデンサとインダクタの直列回路から成り前記一次共振回路と同じ共振周波数をもち該一次共振回路と磁気的に結合している二次共振回路と,
前記一次共振回路に該一次共振回路の共振周波数と同じ周波数成分の電圧を印加する一次電圧源と,
前記二次共振回路に該二次共振回路の共振周波数と同じ周波数成分の電圧を印加する二次電圧源からなり,前記一次電圧源と前記二次電圧源間で電力を転送することを特徴とする直列共振電力転送装置。 - 前記一次電圧源から前記二次電圧源に電力を転送する場合は前記一次電圧源の出力電圧からの前記二次電圧源の出力電圧の位相差を+90度とし,前記二次電圧源から前記一次電圧源に電力を転送する場合は前記位相差を−90度とすることを特徴とする請求項1記載の直列共振電力転送装置。
- 前記一次電圧源や前記二次電圧源の出力電圧に0電圧を出力するタイミングを設け,前記一次電圧源の出力電圧が0電圧でない時間的比率D1と前記二次電圧源の出力電圧が0電圧でない時間的比率D2と前記一次電圧源の出力電圧の振幅V1と前記二次電圧源の出力電圧の振幅V2との積を調整することで前記一次電圧源と前記二次電圧源との間で転送される電力の絶対値を制御することを特徴とする請求項1および2記載の直列共振電力転送装置。
- 前記一次電圧源が直流電源と単相電圧型インバータから成る,または前記二次電圧源が直流電源と単相電圧型インバータから成ることを特徴とする請求項1から3記載の直列共振電力転送装置。
- 前記一次電圧源が,単相交流電源と,該単相交流電源の2つの端子と前記一次共振回路の2つの端子との間の接続を全ての組み合わせでオンオフする4つの双方向スイッチとからなる単相マトリックスコンバータで構成される,または前記二次電圧源が,単相交流電源と,該単相交流電源の2つの端子と前記二次共振回路の2つの端子との間の接続を全ての組み合わせでオンオフする4つの双方向スイッチとからなる単相マトリックスコンバータで構成されることを特徴とする請求項1から3記載の直列共振電力転送装置。
- 前記一次電圧源が,三相交流電源と,該三相交流電源の3つの端子と前記一次共振回路の2つの端子との間の接続を全ての組み合わせでオンオフする6つの双方向スイッチとからなる三相マトリックスコンバータで構成される,または前記二次電圧源が,三相交流電源と,該三相交流電源の3つの端子と前記二次共振回路の2つの端子との間の接続を全ての組み合わせでオンオフする6つの双方向スイッチとからなる三相マトリックスコンバータで構成されることを特徴とする請求項1から3記載の直列共振電力転送装置。
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CN110798074A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-14 | 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 | 一种级联型单相交流转直流隔离变换器 |
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WO2013058174A1 (ja) * | 2011-10-21 | 2013-04-25 | 株式会社村田製作所 | スイッチング電源装置 |
WO2014020898A1 (ja) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | 東洋電機製造株式会社 | 電力変換器 |
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CN110798074B (zh) * | 2019-11-11 | 2021-06-18 | 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 | 一种级联型单相交流转直流隔离变换器 |
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