JP4015583B2 - Superconducting coil energy storage circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力系統のエネルギーを超電導コイルに貯蔵し、該超電導コイルに貯蔵したエネルギーを前記交流電力系統に放出する超電導コイル・エネルギー貯蔵回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路の一例として特許文献1がある。
【0003】
図4において、超電導コイル・エネルギー貯蔵回路は、主回路構成として、3相交流・直流変換回路1、直流コンデンサ2及びチョッパ回路3を有する。
【0004】
3相交流・直流変換回路1は、図示しない交流電源系統に接続される端子4、絶縁トランス5、電圧形インバータ回路6及び直流リアクトル7からなり、交流電源系統から端子4及び絶縁トランス5を介して交流電力を入力してこれを電圧形インバータ回路6及び直流リアクトル7により直流電力に変換して出力する。
【0005】
チョッパ回路3は、図示しない冷凍機により冷媒が冷却される超電導コイル8、双方向の直流チョッパ回路9,10、ダイオード11,12からなり、3相交流・直流変換回路1から出力される直流電力を充電した直流コンデンサ2の電力をチョッピングすることにより、超電導コイル8にエネルギーを貯蔵し、逆に超電導コイル8に貯蔵したエネルギーを交流電力系統に放出する。このチョッパ回路3には、電流検出器13,14及び電圧検出器15が備わり、これらの出力はチョッパ制御回路16に入力され、に有力され、チョッパ回路9,10を制御するものとなっている。
【0006】
かかる超電導コイル・エネルギー貯蔵回路は以下のように動作する。すなわち超電導コイル8にエネルギーを貯蔵するモードにおいては、チョッパ回路3は超電導コイル8に流れる電流が一定値になるようチョッピング動作を行って直流コンデンサ2の端子電圧を降圧して超電導コイル8に印加される平均電圧を調節する。
【0007】
電圧形インバータ回路6は直流コンデンサ2の電圧が維持されるように直流電圧制御を行う。また超電導コイル8のエネルギーを放出するモードにおいては、チョッパ回路3は昇圧チョッパとして動作し、直流コンデンサ2を充電し、電圧形インバータ回路6は逆変換動作により直流コンデンサ2のエネルギーを交流電源系統に放出する。
【0008】
このように従来の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路においては、チョッパ回路3と電圧形インバータ回路6の動作モードを切り換えることにより、超電導コイル8にエネルギーを蓄積することも超電導コイル8が貯蔵したエネルギーを交流電源系統に放出することもできる。
【0009】
【特許文献1】
特開昭61−262038号公報(第1図)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路では、超電導コイル8にエネルギーを蓄積するモードにおいて超電導コイル8に印加する直流電圧は、直流コンデンサ2の端子電圧をチョッピングすることによってその平均値を制御する。
【0011】
ところが直流コンデンサ2の端子電圧は、電圧形インバータ回路6を介して交流系統と電力をやりとりする関係上1000V以上の高電圧となるのが一般的であり、そのために超電導コイル8の端子に1000V以上の高いリプル電圧が印加されることになる。
【0012】
このような高いリプル電圧は、超電導コイル8の内部に大きな磁束密度変化を起こし、損失を生む。このため超電導コイル8に備わる冷凍機の負担を大きくすることになる。
【0013】
本発明の目的は、超電導コイルにエネルギーを貯蔵する際のコイル損失を低減し且つ超電導コイルに備わる冷凍機の負担を下げることが可能な超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、超電導コイルを励磁する直列スイッチを備えた直流電源回路と、この直流電源回路と並列にスイッチを介して接続され、前記超電導コイルに蓄積された直流電流のエネルギーを保持するモードでは閉路スイッチとして動作し、出力するモードでは昇圧チョッパとして動作するチョッパ回路と、このチョッパ回路が昇圧チョッパとして動作したときに当該チョッパを充電する直流コンデンサと、この直流コンデンサと並列に接続された交流電源系統に交流エネルギーを放出する電圧型インバータ回路とを具備することを特徴とする超電導コイル・エネルギー貯蔵回路、である。
【0015】
本発明によれば、直流コンデンサとは別の直流電源回路によって超電導コイルの電流を制御するので、過大なリプル電圧を印加する虞が無くなり、コイル損失の低減が可能であり、超電導コイルに備わる冷凍機の負担を減らすことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0017】
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1に実施形態の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路の構成例を示す図である。
【0018】
図1において、交流電源系統20には電圧型インバータ回路21が接続され、交流電源系統20からの交流電力を直流電力に変換する。電圧型インバータ回路21には、並列に直流コンデンサ22が接続され、電圧型インバータ回路21からの直流電力を充電する。直流コンデンサ22には、チョッパ回路23、ダイオードスイッチ24及び直流電源回路25を介して超電導コイル26が接続されている。
【0019】
超電導コイル26にエネルギーを蓄積するモードでは、直流電源回路25を構成する直流電源30に直列接続された直列スイッチ29を投入し、チョッパ回路23のスイッチ27も閉じることによって実現される。
【0020】
このとき直列スイッチ29のオンオフを制御し、超電導コイル26に印加される平均直流電圧を制御することにより、超電導コイル26に流れる電流を任意に制御することが可能である。すなわち直列スイッチ29を投入することにより電流は増加し、ダイオードスイッチ24を開くことにより、チョッパ回路23のスイッチ27を介して循環し、一定値を保つようになる。
【0021】
超電導コイル26のエネルギーを放出するモードでは、直流電源回路25の直列スイッチ29を開き、チョッパ回路23と電圧形インバータ回路21とを動作させることにより実現する。このモードでの動作は従来例と同じとなる。
【0022】
このように本実施形態によれば、直流コンデンサ22とは別の直流電源回路25によって超電導コイル26の電流を制御するので、過大なリプル電圧を印加する虞が無くなり、コイル損失の低減が可能であり、超電導コイル26に備わる冷凍機の負担を減らすことができる。
【0023】
(第2の実施の形態)
図2は本発明の第2実施形態に係る超電導エネルギー貯蔵回路の構成例を示す図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0024】
図2においては、チョッパ回路23′のスイッチ27と並列に、スナバコンデンサ31とスナバダイオード32からなるスナバ回路が接続される。またスナバダイオード32とスナバコンデンサ31の接続点からスナバ抵抗33を介して直流コンデンサ22の片極に接続される。直流電源回路25′の直列スイッチ329にも同様に、スナバコンデンサ34、スナバダイオード35、スナバ抵抗36が接続される。
【0025】
以上のように構成した本実施の形態による超電導エネルギー貯蔵回路の作用は以下のようなものである。すなわちチョッパ回路23′のスイッチ27が通電中に開くと、回路の配線インダクタンス(図示せず)に蓄積されたエネルギーはスナバダイオード32を介してスナバコンデンサ31を充電する。
【0026】
次にスイッチ27が閉じると、スナバダイオード32はオフになるので、スナバコンデンサ31のエネルギーは、スナバ抵抗33を介して直流コンデンサ22を充電する。直流電源回路25′の直列スイッチ29に設けられるスナバコンデンサ34、スナバダイオード35及びスナバ抵抗36からなるスナバ回路についても同様の作用である。
【0027】
このように第2の実施形態においては、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーはスナバコンデンサ31,34で吸収されるので、スイッチに過電圧を印加する心配がない。またスナバコンデンサ31,34の電圧は直流コンデンサ22の電圧にクランプされるので、スナバ抵抗33,36の損失も低減される。
【0028】
(第3の実施の形態)
図3は本発明の第3実施形態に係る超電導エネルギー貯蔵回路の構成例を示す図であり、図1、図2と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0029】
図3においては、チョッパ回路23′′と、直流電源回路25とで、共有のスナバコンデンサ37とスナバ抵抗39が設けられ、個別にスナバダイオード38,40が接続される。
【0030】
このように構成してもチョッパ回路23′′と直流電源回路25の直列スイッチ27,29は同時にオン、オフすることがないので、スナバ回路の動作は独立して設置するのと同様に機能し、部品点数の削減が可能となる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超電導コイルにエネルギーを貯蔵する際のコイル損失を低減し冷凍機の負担を下げるとともに高信頼性の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を示す回路図。
【図2】本発明の第2の実施形態に係る超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を示す回路図。
【図3】本発明の第3の実施形態に係る超電導コイル・エネルギー貯蔵回路を示す回路図。
【図4】従来の超電導コイル・エネルギー貯蔵回路の一例を示す回路図。
【符号の説明】
20…交流電源系統、21…電圧型インバータ回路、22…直流コンデンサ、23…チョッパ回路、24…ダイオード、25…直流電源回路、26…超電導コイル、27…直流チョッパ、28…ダイオード、29…スイッチ部、30…直流電源。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superconducting coil energy storage circuit that stores energy of an AC power system in a superconducting coil and releases the energy stored in the superconducting coil to the AC power system.
[0002]
[Prior art]
There exists patent document 1 as an example of the conventional superconducting coil energy storage circuit.
[0003]
In FIG. 4, the superconducting coil / energy storage circuit includes a three-phase AC / DC conversion circuit 1, a DC capacitor 2, and a chopper circuit 3 as main circuit components.
[0004]
The three-phase AC / DC conversion circuit 1 includes a terminal 4 connected to an AC power supply system (not shown), an insulation transformer 5, a voltage
[0005]
The chopper circuit 3 includes a
[0006]
Such a superconducting coil energy storage circuit operates as follows. In other words, in the mode in which energy is stored in the
[0007]
The voltage
[0008]
As described above, in the conventional superconducting coil energy storage circuit, by switching the operation mode of the chopper circuit 3 and the voltage
[0009]
[Patent Document 1]
JP 61-262038 A (FIG. 1)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional superconducting coil energy storage circuit described above, the average value of the DC voltage applied to the
[0011]
However, the terminal voltage of the DC capacitor 2 is generally a high voltage of 1000 V or higher due to the exchange of power with the AC system via the voltage
[0012]
Such a high ripple voltage causes a large change in magnetic flux density inside the
[0013]
An object of the present invention is to provide a superconducting coil energy storage circuit capable of reducing coil loss when energy is stored in a superconducting coil and reducing the burden on a refrigerator provided in the superconducting coil.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a DC power supply circuit having a series switch for exciting a superconducting coil, and a DC current connected to the DC power supply circuit via a switch in parallel and accumulated in the superconducting coil. Operates as a closed circuit switch in the mode that holds the energy of the current, and operates as a step-up chopper in the output mode, a DC capacitor that charges the chopper when the chopper circuit operates as a step-up chopper, and the DC capacitor A superconducting coil energy storage circuit comprising a voltage-type inverter circuit that discharges AC energy to an AC power supply system connected in parallel.
[0015]
According to the present invention, since the current of the superconducting coil is controlled by a DC power supply circuit different from the DC capacitor, there is no possibility of applying an excessive ripple voltage, coil loss can be reduced, and the refrigeration provided in the superconducting coil can be reduced. The burden on the machine can be reduced.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a superconducting coil energy storage circuit according to a first embodiment of the present invention.
[0018]
In FIG. 1, a voltage
[0019]
The mode in which energy is stored in the
[0020]
At this time, it is possible to arbitrarily control the current flowing through the
[0021]
The mode in which the energy of the
[0022]
Thus, according to the present embodiment, since the current of the
[0023]
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a superconducting energy storage circuit according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. State.
[0024]
In FIG. 2, a snubber circuit composed of a
[0025]
The operation of the superconducting energy storage circuit according to the present embodiment configured as described above is as follows. That is, when the
[0026]
Next, when the
[0027]
Thus, in the second embodiment, the energy stored in the wiring inductance is absorbed by the
[0028]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a superconducting energy storage circuit according to the third embodiment of the present invention. The same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only the part is described.
[0029]
In FIG. 3, the
[0030]
Even with this configuration, the
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable superconducting coil energy storage circuit while reducing coil loss when energy is stored in the superconducting coil, reducing the burden on the refrigerator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a superconducting coil energy storage circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a superconducting coil energy storage circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a superconducting coil energy storage circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a conventional superconducting coil energy storage circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
この直流電源回路と並列にスイッチを介して接続され、前記超電導コイルに蓄積された直流電流のエネルギーを保持するモードでは閉路スイッチとして動作し、出力するモードでは昇圧チョッパとして動作するチョッパ回路と、
このチョッパ回路が昇圧チョッパとして動作したときに当該チョッパを充電する直流コンデンサと、
この直流コンデンサと並列に接続された交流電源系統に交流エネルギーを放出する電圧型インバータ回路と
を具備することを特徴とする超電導コイル・エネルギー貯蔵回路。A DC power supply circuit with a series switch for exciting the superconducting coil;
A chopper circuit that is connected in parallel with the DC power supply circuit via a switch, operates as a closed circuit switch in a mode that holds the energy of the DC current accumulated in the superconducting coil, and operates as a boost chopper in the output mode;
A DC capacitor that charges the chopper when the chopper circuit operates as a boost chopper;
A superconducting coil energy storage circuit comprising: a voltage type inverter circuit that discharges AC energy to an AC power supply system connected in parallel with the DC capacitor.
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