JP2023019118A - Power conversion device - Google Patents

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彰訓 加藤
Akikuni Kato
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Abstract

To allow generation of DC power without using an AC/DC converter by converting three-phase power into multi-phase power.SOLUTION: A multi-phase transformer 3 comprises: a first winding 11 constituting a primary side winding L1; and windings generating four different three phases of second to fifth windings 12 to 15 constituting a secondary side winding L2, wherein all the windings are constituted by being wound around a common iron core 8, all of the second to fifth windings 12 to 15 are star-connected, the third winding 13 is constituted by being wound around the iron core so that polarity is inverted to the second winding 12 with the number of windings of 0.73 times of the second winding 12, and connecting neutral points of the second winding 12 and the third winding 13, the fourth winding 14 and the fifth winding 15 are generated by branching from a common predetermined part in the middle of the second winding 12, and each of the second to fifth windings 12 to 15 outputs three-phase power of different phases, and outputs multi-phase AC voltage.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、高圧交流電力を低圧交流電力に変換した後、直流電力を生成する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter that converts high-voltage AC power into low-voltage AC power and then generates DC power.

3相交流電力から直流電力を生成する場合、AC/DCコンバータにより直流を生成する構成が広く採用されている。例えば、特許文献1では、IGBTを使用したコンバータ回路を用いて直流を生成した。
また、AC/DCコンバータを使用しない構成として多相変圧器を使用する構成がある。例えば、特許文献2では、2次側にスター結線した巻線とデルタ結線した巻線を設けた6相変圧器を使用して、生成された6相電圧を全波整流して直流電力を生成した。
When generating DC power from three-phase AC power, a configuration in which DC is generated by an AC/DC converter is widely adopted. For example, in Patent Document 1, a direct current is generated using a converter circuit using IGBTs.
There is also a configuration that uses a multiphase transformer as a configuration that does not use an AC/DC converter. For example, in Patent Document 2, a 6-phase transformer having a star-connected winding and a delta-connected winding on the secondary side is used to full-wave rectify the generated 6-phase voltage to generate DC power. bottom.

特開2017-163839号公報JP 2017-163839 A 特開2008-295155号公報JP 2008-295155 A

しかしながら、AC/DCコンバータを使用して直流を生成する場合、高周波スイッチングノイズが発生し、周囲の電子機器、通信機器に悪影響を与える問題があった。また、コンバータ回路には高耐圧の半導体素子が必要であり、コスト高であったし維持管理が面倒であった。
また、多相変圧器を使用する構成は、高周波ノイズの発生はないが、各相それぞれ独立した巻線であるためコアを小さくできず、変圧器が大型なものとなっていた。
However, when an AC/DC converter is used to generate a direct current, there is a problem that high-frequency switching noise is generated, which adversely affects surrounding electronic equipment and communication equipment. In addition, the converter circuit requires a semiconductor element with a high withstand voltage, which is costly and troublesome to maintain.
In addition, the configuration using a multiphase transformer does not generate high-frequency noise, but since each phase has independent windings, the core cannot be made smaller, and the transformer becomes large.

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、3相電力を多相電力に変換することで、AC/DCコンバータを使用せずに直流電力の生成を可能とする小型の多相変圧器を備えた電力変換装置を提供することを目的としている。 Therefore, in view of such problems, the present invention provides a compact multiphase transformer that can generate DC power without using an AC/DC converter by converting three-phase power into multiphase power. It is an object of the present invention to provide a power converter equipped with

上記課題を解決する為に、請求項1の発明は、3相電力を多相変圧器を使用して多相の交流電力に変換し、変換された多相交流電力を全波整流回路を使用して直流電力に変換する電力変換装置であって、多相変圧器は、1次側巻線を構成する第1巻線と、2次側巻線を構成する第2~第5巻線の4つの異なる3相の位相を生成する巻線とを有し、全ての巻線が共通する鉄心に巻回されて成り、第2~第5巻線は何れもスター結線されて、第3巻線は、第2巻線の0.73倍の巻数で第2巻線に対して極性が反転するよう鉄心に巻回されると共に、第2巻線及び第3巻線の中性点同士が連結されて成り、第4巻線及び第5巻線は、第2巻線の途中の共通する所定の部位から分岐して生成され、第2~第5巻線のそれぞれが異なる位相の3相電力を出力し、多相の交流電圧を出力することを特徴とする。
この構成によれば、多相の交流電力を生成して全波整流回路により直流変換して直流電力を生成するため、リップルの小さい直流を生成でき、高周波で切り替え動作するAC/DCコンバータを使用することなく安定した直流電力の生成が可能となる。
加えて、2次側を構成する4つの巻線のうち、第3巻線は第2巻線の0.73倍であるし、第4巻線と第5巻線は、第2巻線の途中から分岐して形成されるため、各相を単独で巻回形成するより巻回数を削減でき、多相変圧器を小型化できる。ひいては、電力変換装置を小型にできる。
In order to solve the above problems, the invention of claim 1 converts three-phase power to polyphase AC power using a polyphase transformer, and uses a full-wave rectifier circuit for the converted polyphase AC power. a power conversion device for converting into DC power, wherein the multi-phase transformer includes a first winding that constitutes the primary side winding and second to fifth windings that constitute the secondary side winding. a winding for generating four different three-phase phases, all the windings are wound around a common iron core, the second to fifth windings are all star-connected, and the third winding is The wire is wound on the core such that the polarity is reversed with respect to the second winding at 0.73 times the number of turns of the second winding, and the neutral points of the second and third windings are The fourth winding and the fifth winding are generated by branching from a predetermined common part in the middle of the second winding, and each of the second to fifth windings has three different phases. It is characterized by outputting electric power and outputting multi-phase AC voltage.
According to this configuration, multiphase AC power is generated and converted to DC by a full-wave rectifier circuit to generate DC power. Therefore, it is possible to generate DC with small ripples, and an AC/DC converter that performs switching operation at high frequencies is used. It is possible to generate stable DC power without
In addition, among the four windings that make up the secondary side, the third winding is 0.73 times the second winding, and the fourth and fifth windings are the second winding. Since it is formed by branching from the middle, the number of turns can be reduced compared to winding each phase independently, and the size of the multiphase transformer can be reduced. As a result, the power converter can be made smaller.

請求項2の発明は、請求項1に記載の構成において、第4巻線及び第5巻線は、中性点から51.8%の位置の第2巻線から分岐して形成され、巻数が第2巻線の41.4%であり、第4巻線のR相巻線は、第2巻線のS相巻線から分岐されて、第2巻線のR相と共通の脚部に巻回され、第4巻線のS相巻線は、第2巻線のT相巻線から分岐されて、第2巻線のS相と共通の脚部に巻回され、第4巻線のT相巻線は、第2巻線のR相巻線から分岐されて、第2巻線のT相と共通の脚部に巻回され、第5巻線のR相巻線は、第2巻線のT相巻線から分岐されて、第2巻線のR相と共通の脚部に巻回され、第5巻線のS相巻線は、第2巻線のR相巻線から分岐されて、第2巻線のS相と共通の脚部に巻回され、第5巻線のT相巻線は、第2巻線のS相巻線から分岐されて、第2巻線のT相と共通の脚部に巻回されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、第4巻線と第5巻線の巻数は、第2巻線の41.4%であるため、僅かな巻数で済み、多相変圧器を小型にできる。
The invention according to claim 2 is the structure according to claim 1, wherein the fourth winding and the fifth winding are formed by branching from the second winding at a position 51.8% from the neutral point, and the number of turns is is 41.4% of the second winding, and the R-phase winding of the fourth winding is branched from the S-phase winding of the second winding to form a common leg with the R-phase winding of the second winding. and the S-phase winding of the fourth winding is branched from the T-phase winding of the second winding and wound on the common leg with the S-phase winding of the second winding, and the fourth winding The T-phase winding of the line is branched from the R-phase winding of the second winding and wound on a common leg with the T-phase of the second winding, and the R-phase winding of the fifth winding is: Branched from the T-phase winding of the second winding and wound on the common leg with the R-phase of the second winding, the S-phase winding of the fifth winding is connected to the R-phase winding of the second winding. The T-phase winding of the fifth winding is branched off from the S-phase winding of the second winding and wound on a common leg with the S-phase winding of the second winding, and the T-phase winding of the fifth winding is branched off from the second winding. It is characterized in that it is wound on a common leg with the T-phase of the winding.
According to this configuration, the number of turns of the fourth winding and the fifth winding is 41.4% of the number of the second winding, so the number of turns is small and the multiphase transformer can be made compact.

本発明によれば、多相の交流電力を生成して全波整流回路により直流変換して直流電力を生成するため、リップルの小さい直流を生成でき、高周波で切り替え動作するAC/DCコンバータを使用することなく安定した直流電力の生成が可能となる。
加えて、2次側を構成する4つの巻線のうち、第3巻線は第2巻線の0.73倍であるし、第4巻線と第5巻線は、第2巻線の途中から分岐して形成されるため、各相を単独で巻回形成するより巻回数を削減でき、多相変圧器を小型化できる。ひいては、電力変換装置を小型にできる。
According to the present invention, multiphase AC power is generated and converted to DC by a full-wave rectifier circuit to generate DC power. Therefore, an AC/DC converter that can generate DC with small ripples and performs switching operation at high frequencies is used. It is possible to generate stable DC power without
In addition, among the four windings that make up the secondary side, the third winding is 0.73 times the second winding, and the fourth and fifth windings are the second winding. Since it is formed by branching from the middle, the number of turns can be reduced compared to winding each phase independently, and the size of the multiphase transformer can be reduced. As a result, the power converter can be made smaller.

本発明に係る電力変換装置の一例を示す構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows an example of the power converter device which concerns on this invention. 多相変圧器の構成図である。1 is a configuration diagram of a polyphase transformer; FIG. 図2に示す多相変圧器のベクトル説明図である。FIG. 3 is a vector explanatory diagram of the polyphase transformer shown in FIG. 2; 図2に示す多相変圧器の2次側の位相説明図である。FIG. 3 is a diagram for explaining phases on the secondary side of the polyphase transformer shown in FIG. 2; 図4に示す2次巻線の第2巻線のR1-T1間の出力が負荷に印加される様子を示す説明図である。5 is an explanatory diagram showing how the output between R1 and T1 of the second winding of the secondary winding shown in FIG. 4 is applied to the load; FIG. 図4に示す2次巻線の第2巻線のR1端子と第5巻線のR4端子の間の出力が負荷に印加される様子を示す説明図である。5 is an explanatory diagram showing how an output between the R1 terminal of the second winding and the R4 terminal of the fifth winding of the secondary windings shown in FIG. 4 is applied to the load; FIG. 図4に示す2次巻線の第2巻線のR1端子と第3巻線のR2端子の間の出力が負荷に印加される様子を示す説明図である。5 is an explanatory diagram showing how an output between the R1 terminal of the second winding and the R2 terminal of the third winding of the secondary windings shown in FIG. 4 is applied to a load; FIG. 図2に示す多相変圧器の第3~第5巻線を引き出す位置を示すベクトル説明図である。FIG. 3 is a vector explanatory diagram showing positions from which third to fifth windings of the polyphase transformer shown in FIG. 2 are drawn;

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明に係る電力変換装置の一例を示す構成図であり、受電した高圧3相電源10を多相変圧器により降圧して380V等の特定電圧の低圧交流電圧に変換し、更に直流に変換する構成を示している。
具体的に多相変圧器3として12相変圧器3aを使用して、12相の電圧を出力し、4つの3相全波整流回路を備えた整流回路4により1組の直流出力を生成する構成を示している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a power converter according to the present invention. It shows the configuration for conversion to
Specifically, a 12-phase transformer 3a is used as the polyphase transformer 3 to output 12-phase voltage, and a rectifier circuit 4 having four 3-phase full-wave rectifier circuits generates a set of DC outputs. showing configuration.

図2~図8は、12相変圧器3aの具体的構成を示す説明図であり、以下これらの図を参照して12相変圧器3aを具体的に説明する。
図2は構成図を示している。図2に示すように、12相変圧器3aは、1次側巻線L1を構成する第1巻線11、2次側巻線L2を構成する4つの巻線(第2巻線12、第3巻線13、第4巻線14、第5巻線15)を備えている。
何れの巻線も、入力される3相電力に対応する3つの巻回部(11a~11c、12a~12c、13a~13c、14a~14c、15a~15c)を有している。
2 to 8 are explanatory diagrams showing a specific configuration of the 12-phase transformer 3a. Hereinafter, the 12-phase transformer 3a will be specifically described with reference to these figures.
FIG. 2 shows a block diagram. As shown in FIG. 2, the 12-phase transformer 3a includes a first winding 11 forming a primary winding L1, and four windings (a second winding 12, a secondary winding L2) forming a secondary winding L2. It has three windings 13, a fourth winding 14 and a fifth winding 15).
Each winding has three windings (11a-11c, 12a-12c, 13a-13c, 14a-14c, 15a-15c) corresponding to the input three-phase power.

第1巻線11はデルタ結線、スター結線の何れでも良いが、ここではスター結線した場合を示している。3つの端子(Rin、Sin、Tin)に高圧の3相交流電力が接続される。
第2~第5巻線12,13,14,15は、全てスター結線されている(但し、後述するように、第4巻線14及び第5巻線15は完全な形でのスター結線でなない)。以下、3相をR相、S相、T相として説明する。
The first winding 11 may be delta-connected or star-connected, but the case of star-connection is shown here. High-voltage three-phase AC power is connected to three terminals (Rin, Sin, Tin).
The second to fifth windings 12, 13, 14, 15 are all star-connected (however, as will be described later, the fourth winding 14 and the fifth winding 15 are completely star-connected). Nana). Hereinafter, the three phases will be described as the R phase, the S phase, and the T phase.

12相変圧器3aの2次側は、第2巻線12の出力端子R1,S1,T1、第3巻線13の出力端子R2,S2,T2、第4巻線14の出力端子R3,S3,T3、第5巻線15の出力端子R4,S4,T4を有し、全12端子を備えている。
第2巻線12と第3巻線13のスター結線された中性点Q同士は連結され、第3巻線13は第2巻線12に対して極性が反転するよう鉄心8に巻回され、且つ第2巻線の0.73倍の巻数で形成されている。
また、第4巻線14と第5巻線15は、第2巻線12の途中の同一点から分岐して形成され、第4巻線14と第5巻線15とは、第2巻線12の中性点Qを兼用している。
The secondary side of the 12-phase transformer 3a includes output terminals R1, S1 and T1 of the second winding 12, output terminals R2, S2 and T2 of the third winding 13, and output terminals R3 and S3 of the fourth winding 14. , T3 and output terminals R4, S4, T4 of the fifth winding 15, providing a total of 12 terminals.
The star-connected neutral points Q of the second winding 12 and the third winding 13 are connected to each other, and the third winding 13 is wound around the iron core 8 so that the polarity of the second winding 12 is reversed. , and the number of turns is 0.73 times that of the second winding.
Further, the fourth winding 14 and the fifth winding 15 are formed by branching from the same point in the middle of the second winding 12, and the fourth winding 14 and the fifth winding 15 are formed by branching from the second winding. The neutral point Q of 12 is also used.

第4巻線14、第5巻線15は具体的に以下のように鉄心8に巻回されている。第4巻線は、T相巻線14aが、第2巻線12のR相巻線12aの途中から分岐して引き出され、1次側T相と共通の脚部鉄心8cに巻回されている。そして、先端が出力端子T3である。
R相巻線14bは、第2巻線12のS相巻線12bの途中から分岐して引き出され、第1巻線11のR相と共通の脚部鉄心8aに巻回されている。そして、先端が出力端子R3である。
またS相巻線14cは、第2巻線12のT相巻線12cの途中から分岐して引き出され、1次側S相と共通の脚部鉄心8bに巻回されている。そして、先端が出力端子S3である。
The fourth winding 14 and the fifth winding 15 are specifically wound around the iron core 8 as follows. In the fourth winding, the T-phase winding 14a is branched out from the middle of the R-phase winding 12a of the second winding 12 and wound around the leg core 8c common to the primary side T-phase. there is The tip is the output terminal T3.
The R-phase winding 14b is branched out from the middle of the S-phase winding 12b of the second winding 12 and wound around the leg core 8a common to the R-phase of the first winding 11 . The tip is the output terminal R3.
The S-phase winding 14c is branched out from the middle of the T-phase winding 12c of the second winding 12 and wound around the leg iron core 8b common to the primary side S-phase. The tip is the output terminal S3.

第5巻線15は、S相巻線15aが、第4巻線14と同一部位である第2巻線12のR相巻線12aの途中から分岐して引き出され、第1巻線11のS相と共通の脚部鉄心8cに巻回されている。そして、先端が出力端子S4である。
T相巻線15bは、第4巻線14と同一部位である第2巻線12のS相巻線12bの途中から分岐して引き出され、第1巻線11のT相と共通の脚部鉄心8cに巻回されている。そして、先端が出力端子T4である。
またR相巻線15cは、第4巻線14と同一部位である第2巻線12のT相巻線12cの途中から分岐して引き出され、第1巻線11のR相と共通の脚部鉄心8aに巻回されている。そして、先端が出力端子R4である。
In the fifth winding 15, the S-phase winding 15a is branched from the middle of the R-phase winding 12a of the second winding 12, which is the same part as the fourth winding 14, and is drawn out. It is wound around the leg iron core 8c common to the S phase. The tip is the output terminal S4.
The T-phase winding 15b is branched out from the middle of the S-phase winding 12b of the second winding 12, which is the same part as the fourth winding 14, and is a common leg with the T-phase of the first winding 11. It is wound around the iron core 8c. The tip is the output terminal T4.
The R-phase winding 15c is branched out from the middle of the T-phase winding 12c of the second winding 12, which is the same part as the fourth winding 14, and is connected to the R-phase of the first winding 11. It is wound around the core 8a. The tip is the output terminal R4.

図3は2次側巻線L2の個々の巻線のベクトル説明図であり、第2巻線12のR1相を基準に各相を示している。この図3に示すように、第2巻線12の3相の巻線12a,12b,12cは、入力される3相電力と同様にそれぞれ120度の位相差を有する電圧を出力端子R1,S1,T1から出力する。
そして第3巻線13の各巻線13a,13b,13cの位相は、この第2巻線12に対して上述したように正反対の極性を示し、出力端子R2,S2,T2の位相は、第2巻線12のR1,S1,T1の各相に対して180度の位相差を有している。尚、第2巻線12に対する第3巻線13の巻回数は、0.73倍(√3-1倍)となっている。
FIG. 3 is a vector explanatory diagram of individual windings of the secondary winding L2, showing each phase with reference to the R1 phase of the second winding 12. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, the three-phase windings 12a, 12b, and 12c of the second winding 12 output voltages having a phase difference of 120 degrees in the same manner as the input three-phase power to the output terminals R1 and S1. , T1.
The phases of the windings 13a, 13b, 13c of the third winding 13 exhibit opposite polarities with respect to the second winding 12 as described above, and the phases of the output terminals R2, S2, T2 are the phases of the second winding 13. It has a phase difference of 180 degrees with respect to each phase of R1, S1 and T1 of the winding 12. FIG. Note that the number of turns of the third winding 13 is 0.73 times (√3−1 times) that of the second winding 12 .

また第4巻線14の第2巻線12から引き出した巻線14a,14b,14cの各出力端子R3,S3,T3の位相は、第3巻線13の各相と同位相の電圧を発生する。更に、第5巻線15の第2巻線12から引き出した巻線15a,15b,15cの各出力端子R4,S4,T4の位相は、第4巻線14と同様に第3巻線13の対応する各相の出力端子R2,S2,T2と同位相の電圧を発生する。 The phases of the output terminals R3, S3, T3 of the windings 14a, 14b, 14c drawn from the second winding 12 of the fourth winding 14 generate voltages of the same phase as those of the third winding 13. do. Further, the phases of the output terminals R4, S4, T4 of the windings 15a, 15b, 15c drawn from the second winding 12 of the fifth winding 15 are the same as those of the fourth winding 14. A voltage having the same phase as that of the corresponding output terminals R2, S2, and T2 of each phase is generated.

図4は2次側の位相説明図で、第2巻線12のR1端子の位相を基準に第3巻線13,第4巻線14,第5巻線15の出力位相を示している。
図4に示すように、第2巻線12のR1端子とT1端子間の電圧絶対値及び位相に対して、第2巻線12のR1端子と第5巻線15のR4端子間の電圧絶対値は等しく、位相は15度遅れている。また、第2巻線12のR1端子と第3巻線13のR2端子間の電圧絶対値は等しく、位相は30度遅れている。更に、第2巻線12のR1端子と第4巻線14のS3端子間の電圧絶対値は等しく、位相は45度遅れている。
FIG. 4 is a phase explanatory diagram of the secondary side, showing the output phases of the third winding 13, the fourth winding 14 and the fifth winding 15 with the phase of the R1 terminal of the second winding 12 as a reference.
As shown in FIG. 4, the voltage absolute value between the R1 terminal of the second winding 12 and the R4 terminal of the fifth winding 15 is The values are equal and the phase is delayed by 15 degrees. Also, the voltage absolute values between the R1 terminal of the second winding 12 and the R2 terminal of the third winding 13 are equal, and the phases are delayed by 30 degrees. Furthermore, the absolute values of the voltages between the R1 terminal of the second winding 12 and the S3 terminal of the fourth winding 14 are equal and the phases are delayed by 45 degrees.

図5~図7は、図4に示す特定の相間電圧が負荷6に印加される様子を示す説明図であり、12相変圧器3aの出力電圧(ベクトルで示す)が整流回路4で整流されて負荷6に印加される様子を示している。
図5は第2巻線12のR1-T1端子間の出力が負荷6に印加される様子を示し、図6は第2巻線12のR1端子と第5巻線15のR4端子の間の出力が負荷6に印加される様子を示し、図7は第2巻線12のR1端子と第3巻線13のR2端子の間の出力が負荷6に印加される様子を示している。
このように、絶対値が等しい各相間電圧が整流されて負荷6に印加される。
5 to 7 are explanatory diagrams showing how the specific phase-to-phase voltage shown in FIG. is applied to the load 6.
FIG. 5 shows how the output across the R1-T1 terminals of the second winding 12 is applied to the load 6, and FIG. 7 shows how the output is applied to the load 6, and FIG. 7 shows how the output between the R1 terminal of the second winding 12 and the R2 terminal of the third winding 13 is applied to the load 6. FIG.
In this manner, phase-to-phase voltages having equal absolute values are rectified and applied to the load 6 .

そして、このような各相の関係は、第2巻線12のS1端子の位相に対する第3巻線13,第4巻線14,第5巻線15の出力位相、第2巻線12のT1端子の位相に対する第3巻線13,第4巻線14,第5巻線15の出力位相も同様であり、絶対値が等しい相間電圧が生成されて負荷6に印加される。 The relationship between the phases is such that the output phases of the third winding 13, the fourth winding 14, and the fifth winding 15 with respect to the phase of the S1 terminal of the second winding 12, and the T1 of the second winding 12 The output phases of the third winding 13, the fourth winding 14, and the fifth winding 15 with respect to the terminal phase are the same, and phase-to-phase voltages with equal absolute values are generated and applied to the load 6. FIG.

図8は、第2巻線12から第4巻線14及び第5巻線15を引き出す位置を示すベクトル説明図であり、以下このベクトル図を参照して第4巻線14、第5巻線15を引き出す位置Xを具体的に説明する。
図8に示すR1-R2端子間の電圧を200Vとすると、R1-R4端子間の電圧(A+B)も同様に200Vである。
そして、Q-R1間の電圧E1は、第2巻線12の出力電圧であり、
E1=200/√3=115.4Vとなる。
そして、 電圧A=電圧B/tan15°
であるため、電圧A=200-電圧Bを加味すると、
電圧A=200/(1+tan15°)=157.73V
となり、
電圧B=200-電圧A=200-157.73=42.27V
となる。
FIG. 8 is a vector explanatory diagram showing the positions at which the fourth winding 14 and the fifth winding 15 are pulled out from the second winding 12. Hereinafter, with reference to this vector diagram, the fourth winding 14 and the fifth winding The position X for pulling out 15 will be specifically described.
Assuming that the voltage across the R1-R2 terminals shown in FIG. 8 is 200V, the voltage (A+B) across the R1-R4 terminals is also 200V.
and the voltage E1 between Q and R1 is the output voltage of the second winding 12,
E1=200/√3=115.4V.
And voltage A = voltage B/tan15°
Therefore, considering voltage A = 200 - voltage B,
Voltage A=200/(1+tan15°)=157.73V
becomes,
Voltage B = 200 - Voltage A = 200 - 157.73 = 42.27V
becomes.

ここで、第4,5巻線の引き出し位置Zを求めるために、Q-R2間に(R1-X)×cos15°=AとなるX点を設定すると、
R1-X点間の電圧=A/cos15°=157.73/0.966=163.3V
また、Z-R4間の電圧=Q-X間の電圧に等しいため、
Q-X間の電圧=(R1-X間の電圧)-(R1-Q間の電圧)
=163.3-115.46=47.83V
となる。そして、これはZ-R4間の電圧(第5巻線15の電圧)E3でもある。
Here, in order to obtain the pull-out position Z of the 4th and 5th windings, if the X point where (R1-X)×cos15°=A is set between Q and R2,
Voltage between R1-X points=A/cos15°=157.73/0.966=163.3V
Also, since the voltage between Z and R4 is equal to the voltage between Q and X,
Q-X voltage = (R1-X voltage) - (R1-Q voltage)
= 163.3 - 115.46 = 47.83V
becomes. And this is also the voltage across Z-R4 (the voltage of the fifth winding 15) E3.

また、(R1-X間の電圧)×sin15°×√2=X-R4間の電圧
であるから、
Q-Z間の電圧=X-R4間の電圧
=163.3×0.259×1.41=59.7V となる。
よって、第4,第5巻線の引き出し位置Zは、
(Q-Z間の電圧)/(Q-T1間の電圧)=59.7/115.4=0.518
となる。
即ち、引き出し位置は、中性点Qから51.8%の位置となる。
Also, (voltage between R1-X)×sin15°×√2=voltage between X-R4,
Voltage across QZ=Voltage across X-R4=163.3×0.259×1.41=59.7V.
Therefore, the drawing position Z of the fourth and fifth windings is
(Voltage between Q-Z)/(Voltage between Q-T1) = 59.7/115.4 = 0.518
becomes.
That is, the pull-out position is 51.8% from the neutral point Q.

そして、第2巻線12と第4巻線14の巻数比(第2巻線12と第5巻線15の巻数比)をみると、
E3/E1=47.8/115.5=0.414
となり、第4巻線14及び第5巻線15は第2巻線12の41.4%となる。
Looking at the turns ratio between the second winding 12 and the fourth winding 14 (the turns ratio between the second winding 12 and the fifth winding 15),
E3/E1=47.8/115.5=0.414
As a result, the fourth winding 14 and the fifth winding 15 are 41.4% of the second winding 12 .

これらの結果から、2次側の各巻線を巻数比をみると、
第2巻線:第3巻線:第4巻線:第5巻線=1:0.73:0.41:0.41
となる。
尚、Q-R2間の電圧=200-(R1-Q間の電圧)=200-115.4=84.54V となる。
From these results, looking at the turns ratio of each winding on the secondary side,
2nd winding: 3rd winding: 4th winding: 5th winding = 1:0.73:0.41:0.41
becomes.
The voltage between Q and R2=200-(voltage between R1-Q)=200-115.4=84.54V.

このように、多相の交流電力を生成して全波整流回路により直流変換して直流電力を生成するため、リップルの小さい直流を生成でき、高周波で切り替え動作するAC/DCコンバータを使用することなく安定した直流電力の生成が可能となる。
加えて、2次側を構成する4つの巻線のうち、第3巻線13は第2巻線の0.73倍であるし、第4巻線14と第5巻線15は、第2巻線12の途中から分岐して形成されるため、各相を単独で巻回形成するより巻回数を削減でき、多相変圧器を小型化できる。ひいては、電力変換装置を小型にできる。
具体的に、第4巻線14と第5巻線15の巻数は、第2巻線12の41.4%であるため、僅かな巻数で済み、多相変圧器を小型にできる。
In this way, since multiphase AC power is generated and converted to DC by a full-wave rectifier circuit to generate DC power, it is possible to generate DC with small ripples and use an AC/DC converter that performs switching operation at high frequencies. It is possible to generate stable DC power without
In addition, among the four windings forming the secondary side, the third winding 13 is 0.73 times the second winding, and the fourth winding 14 and the fifth winding 15 are the second winding. Since it is formed by branching from the middle of the winding 12, the number of windings can be reduced compared to winding each phase independently, and the size of the multiphase transformer can be reduced. As a result, the power converter can be made smaller.
Specifically, since the number of turns of the fourth winding 14 and the fifth winding 15 is 41.4% of the number of turns of the second winding 12, the number of turns is small and the multiphase transformer can be made compact.

尚、上記実施形態では、第2巻線のR1端子と第3巻線のR2端子間の電圧を200Vとして説明したが、生成電圧は任意で有り、負荷形態に応じて出力電圧は変更できるものである。 In the above embodiment, the voltage between the R1 terminal of the second winding and the R2 terminal of the third winding is described as 200 V, but the generated voltage is arbitrary and the output voltage can be changed according to the load form. is.

1・・電力変換装置、3・・多相変圧器、3a・・12相変圧器、4・・整流回路、8・・鉄心、11・・第1巻線、12・・第2巻線、13・・第3巻線、14・・第4巻線、15・・第5巻線、L1・・一次側巻線、L2・・2次側巻線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Power converter, 3... Polyphase transformer, 3a... 12-phase transformer, 4... Rectifier circuit, 8... Iron core, 11... First winding, 12... Second winding, 13... 3rd winding, 14... 4th winding, 15... 5th winding, L1... primary side winding, L2... secondary side winding

Claims (2)

3相電力を多相変圧器を使用して多相の交流電力に変換し、変換された多相交流電力を全波整流回路を使用して直流電力に変換する電力変換装置であって、
前記多相変圧器は、1次側巻線を構成する第1巻線と、2次側巻線を構成する第2~第5巻線の4つの異なる3相の位相を生成する巻線とを有し、全ての巻線が共通する鉄心に巻回されて成り、
前記第2~第5巻線は何れもスター結線されて、
前記第3巻線は、前記第2巻線の0.73倍の巻数で前記第2巻線に対して極性が反転するよう前記鉄心に巻回されると共に、前記第2巻線及び前記第3巻線の中性点同士が連結されて成り、
前記第4巻線及び前記第5巻線は、前記第2巻線の途中の共通する所定の部位から分岐して生成され、
前記第2~第5巻線のそれぞれが異なる位相の3相電力を出力し、多相の交流電圧を出力することを特徴とする電力変換装置。
A power conversion device that converts three-phase power to multiphase AC power using a polyphase transformer and converts the converted polyphase AC power to DC power using a full-wave rectifier circuit,
The multiphase transformer includes a first winding that constitutes the primary winding and second to fifth windings that constitute the secondary winding, which generate four different three-phase phases. and all the windings are wound on a common core,
The second to fifth windings are all star-connected,
The third winding is wound around the iron core such that the number of turns of the third winding is 0.73 times that of the second winding and the polarity is reversed with respect to the second winding. The neutral points of the three windings are connected to each other,
The fourth winding and the fifth winding are generated by branching from a predetermined common part in the middle of the second winding,
A power converter, wherein each of said second to fifth windings outputs three-phase power with different phases and outputs multi-phase AC voltage.
前記第4巻線及び第5巻線は、前記中性点から51.8%の位置の第2巻線から分岐して形成され、巻数が前記第2巻線の41.4%であり、
前記第4巻線のR相巻線は、前記第2巻線のS相巻線から分岐されて、第2巻線のR相と共通の脚部に巻回され、
前記第4巻線のS相巻線は、前記第2巻線のT相巻線から分岐されて、前記第2巻線のS相と共通の脚部に巻回され、
前記第4巻線のT相巻線は、前記第2巻線のR相巻線から分岐されて、前記第2巻線のT相と共通の脚部に巻回され、
前記第5巻線のR相巻線は、前記第2巻線のT相巻線から分岐されて、前記第2巻線のR相と共通の脚部に巻回され、
前記第5巻線のS相巻線は、前記第2巻線のR相巻線から分岐されて、前記第2巻線のS相と共通の脚部に巻回され、
前記第5巻線のT相巻線は、前記第2巻線のS相巻線から分岐されて、前記第2巻線のT相と共通の脚部に巻回されて成ることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The fourth winding and the fifth winding are formed by branching from the second winding at a position 51.8% from the neutral point, and the number of turns is 41.4% of the second winding,
The R-phase winding of the fourth winding is branched from the S-phase winding of the second winding and wound on a common leg with the R-phase of the second winding,
The S-phase winding of the fourth winding is branched from the T-phase winding of the second winding and wound on a common leg with the S-phase of the second winding,
The T-phase winding of the fourth winding is branched from the R-phase winding of the second winding and wound on a common leg with the T-phase of the second winding,
The R-phase winding of the fifth winding is branched from the T-phase winding of the second winding and wound on a common leg with the R-phase of the second winding,
The S-phase winding of the fifth winding is branched from the R-phase winding of the second winding and wound on a common leg with the S-phase of the second winding,
The T-phase winding of the fifth winding is branched from the S-phase winding of the second winding and wound around a common leg with the T-phase winding of the second winding. The power converter according to claim 1.
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