JP4021803B2 - Multi-pulse rectifier transformer - Google Patents

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JP4021803B2 JP2003158284A JP2003158284A JP4021803B2 JP 4021803 B2 JP4021803 B2 JP 4021803B2 JP 2003158284 A JP2003158284 A JP 2003158284A JP 2003158284 A JP2003158284 A JP 2003158284A JP 4021803 B2 JP4021803 B2 JP 4021803B2
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3相交流を高調波の少ない直流に変換するのに好適な多パルス整流変圧器に関する。
【0002】
【従来の技術】
3相交流を直流に変換する場合、6つの整流素子をブリッジ接続してなる一つの3相全波整流回路を用いるのが最も一般的な方法である。このような3相全波整流回路では、60度ごとに順次通電する整流素子が切り換わって直流電圧が出力されるが、この方法で整流される直流電圧には電源周波数の6倍の周期を持つ振幅の大きな電圧リップルが含まれ、これが高調波となって様々な障害を引き起こしている。
【0003】
この対策として、3相交流電圧を全波整流する主全波整流回路と、3相交流電圧に対して所定の角度だけ位相が進んだ3相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた3相交流電圧を出力する変圧器と、この変圧器から出力される2つの3相交流電圧をそれぞれ全波整流して負荷に供給する2個の補助全波整流回路(以下、単に全波整流回路とも言う)とを備えた、18パルス整流器が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
図5は18パルス整流回路を構成する変圧器の巻線構造を表す変圧器ベクトル図である。図中、電源の3相交流電圧が正三角形R1,S1,T1で表される。この正三角形の頂点R1を中心にして残りの2つの頂点S1,T1を結んで描いた円弧を3等分して得られた2点をそれぞれS3,T2とする。また、正三角形の頂点S1を中心にして残りの2つの頂点T1,R1を結んで描いた円弧を3等分して得られた2点をそれぞれT3,R2とする。さらに、正三角形の頂点T1を中心にして残りの2つの頂点R1,S1を結んで描いた円弧を3等分して得られた2点をそれぞれR3,S2とする。
【0005】
次に、正三角形の頂点R1を通り、対向する一辺に平行な直線と、円弧上の2点T3,R2を通る直線及び円弧上の2点R3,S2を通る直線との交点をそれぞれR4,R5とする。また、正三角形の頂点S1を通り、対向する一辺に平行な直線と、円弧上の2点R3,S2を通る直線及び円弧上の2点S3,T2を通る直線との交点をそれぞれS4,S5とする。さらに、正三角形の頂点T1を通り、対向する一辺に平行な直線と、円弧上の2点S3,T2を通る直線及び円弧上の2点T3,R2を通る直線との交点をそれぞれT4,T5とする。
【0006】
これによって、点R4−R5−S4−S5−T4−T5−R4を連ねてなる六角形の変圧器ベクトル図が形成される。このうち、線分R4−R5がR相第1コイル2に、線分S5−T4がR相第2コイル3にそれぞれ対応し、線分S4−S5がS相第1コイル5に、線分T5−R4がS相第2コイル6にそれぞれ対応し、線分T4−T5がT相第1コイル8に、線分R5−S4がT相第2コイル9にそれぞれ対応している。そして、線分の長さがR,S,V各相の鉄心に対するコイルの巻数に相当している。
【0007】
図6はこの変圧器ベクトル図を満たす変圧器10の巻線構造図であり、図5中の等分点及び交点を示す符号が対応する巻線の端子又はタップとして表されている。同図において、R相鉄心1にR相第1コイル2及びR相第2コイル3が巻装され、このうち、R相第1コイル2には中間タップR1が設けられ、R相第2コイル3には中間タップT2,S3が設けられている。また、S相鉄心4にS相第1コイル5及びS相第2コイル6が巻装され、このうち、S相第1コイル5には中間タップS1が設けられ、S相第2コイル6には中間タップR2,T3が設けられている。さらに、T相鉄心7にはT相第1コイル8及びT相第2コイル9が巻装され、このうちT相第1コイル8には中間タップT1が設けられ、T相第2コイル9には中間タップS2,R3が設けられている。
【0008】
また、R相第1コイル2の一端R4がS相第2コイル6の一端に、S相第1コイル5の一端がT相第2コイル9の一端に、T相第1コイル8の一端がR相第2コイル3の一端にそれぞれ接続され、R相第1コイル2の他端がT相第2コイル9の他端に、S相第1コイル5の他端がR相第2コイル3の他端に、T相第1コイル8の他端がS相第2コイル6の他端にそれぞれ接続されている。そして、中間タップR1,S1,T1から導線が引き出されて3相交流の入力端子R1,S1,T1となり、中間タップR2,S2,T2から導線が引き出されて第1の3相交流出力端子R2,S2,T2となり、中間タップR3,S3,T3,から導線が引き出されて第2の3相交流出力端子R3,S3,T3となっている。
【0009】
そこで、第1の3相交流出力端子R2,S2,T2に全波整流回路を接続し、第2の3相交流出力端子R3,S3,T3にもう一つの全波整流回路を接続し、これらの全波整流回路の各出力端を並列接続し、3相交流を直流に変換する主3相全波整流回路の出力端に接続することによって電源側に発生する高調波を低減する18パルス整流器が構成される。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−10646号公報(第6頁、第8図)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
18パルス整流器は、3相交流電圧を直接全波整流する主整流回路に対して、上述した変圧器及びこの変圧器から出力される2種類の3相交流電圧をそれぞれ全波整流する2つの整流回路を含む多パルス整流変圧器を付加する構成が多く採用されていた。この場合、変圧器は自然空冷を用いるのが一般的であり、自己発熱に対する積極的な保護手段が設けられていなかった。また、変圧器の巻線構造が複雑であるため、温度検出が比較的難しくその点でも保護手段を設け難かった。
【0012】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡易な構成にて変圧器を過熱から確実に保護することが可能な多パルス整流変圧器を提供することにある。
【0013】
本発明の他の目的は、変圧器の温度を容易かつ確実に検出することのできる多パルス整流変圧器を提供することにある。
【0014】
本発明のもう1つ他の目的は、小型、軽量化及びユニット化を実現することができ、さらに、その寿命を長くすることのできる多パルス整流変圧器を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、
3相交流電源から受電した3相交流電圧を入力し、この3相交流電圧に対して所定の角度だけ位相が進んだ第1の3相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた第2の3相交流電圧を出力する変圧器と、変圧器から出力される第1及び第2の3相交流電圧をそれぞれ全波整流して負荷に供給する第1及び第2の整流回路とを備えた多パルス整流変圧器において、
変圧器の温度を検出し、検出値が所定値を超えたとき、変圧器に入力される3相交流電圧の1相分の入力経路を開放するリレーを備えたことを特徴とする。
【0016】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の多パルス整流変圧器において、変圧器、第1及び第2の整流回路を一体的に収納する筐体と、筐体の側壁に取り付けられ、内側面に第1及び第2の整流回路が装着されたヒートシンクと、を備え、リレーはヒートシンクの温度から変圧器の温度を間接的に検出することを特徴とする。
【0017】
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の多パルス整流変圧器において、変圧器、第1及び第2の整流回路を一体的に収納する筐体と、筐体の側壁に取り付けられ、内側面に第1及び第2の整流回路が装着されたヒートシンクと、筐体内の空気を換気するファンと、ヒートシンクの温度を検出し、検出値が所定値を超えたときに閉成してファンを運転し、検出値が所定値よりも降下したときに開放してファンを停止させるリレーと、を備えたことを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る多パルス整流変圧器の一実施形態の構成を、これと組み合わせて18パルス整流器として3相交流電動機を駆動する主回路と併せて示したブロック図である。同図において、3相交流電源11に全波整流回路12の入力端が接続され、その出力端に平滑コンデンサ13が接続されると共に、インバータ14の入力端が接続されている。インバータ14の出力端に3相交流電動機15が接続されている。
【0019】
また、3相交流電源11に多パルス整流変圧器20の入力端が接続され、この多パルス整流変圧器20の出力端が全波整流回路12の出力端に接続されている。この多パルス整流変圧器20は3相交流電圧を入力して所定の角度だけ位相が進んだ3相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた3相交流電圧を生成し、これらの3相交流電圧をそれぞれ全波整流して出力するもので、全波整流回路12と合わせて18パルス整流器が構成される。
【0020】
多パルス整流変圧器20は3相交流電源11に接続するたの端子台21を備えている。この端子台21のR相端子にはヒューズ22A及びバイメタル23Aを介して変圧器10の3相交流入力端子R1が接続され、S相端子には変圧器10の3相交流端子S1が直接接続され、T相にはヒューズ22Bを介して変圧器10の交流入力端子T1が接続されている。また、ヒューズ22Aの負荷端が換気用ファン24の一方の入力端に接続され、この換気用ファン24の他方の入力端はバイメタル23Bを介して端子台21のS相端子が接続されている。
【0021】
変圧器10は上述したように、3相交流入力端子R1,S1,T1に加えられた3相交流電圧に対して位相が40度進んだ3相交流電圧を出力する3相交流出力端子R2,S2,T2と、位相が40度遅れた3相交流電圧を出力する3相交流出力端子R3,S3,T3とを備えている。そして、3相交流出力端子R2,S2,T2には全波整流回路25の入力端が接続され、この全波整流回路25の出力端はコネクタ27の固定側に接続されている。また、3相交流出力端子R3,S3,T3には全波整流回路26の入力端が接続され、この全波整流回路26の出力端はコネクタ27の固定側に接続されている。コネクタ27の差込側はその正極及び負荷側が全波整流回路12の出力端に並列接続されている。なお、バイメタル23A,23B、全波整流回路25,26は後述するように、ヒートシンク28に装着されている。
【0022】
図2は多パルス整流変圧器20を筐体に収納してユニット化したもので、変圧器10は筐体31に収納されている。筐体31の一方の側壁下部に吸風口32が形成され、他方の側壁上部に排風口33が形成されている。そして、排風口33の内側中央部に換気用ファン24が装着されている。また、筐体31の他方の側壁の略中央部が刳り抜かれ、ここにヒートシンク28が取り付けられている。このヒートシンク28の内側に全波整流回路25,26、バイメタル23A,23Bが装着され、ヒートシンク28と排風口33との間に形成されたリード線入出口34に3芯の3相交流入力用の導線と2芯の直流出力用導線が通されている。
【0023】
上記のように構成された本実施形態の動作について以下に説明する。先ず、3相交流電源11の3相交流電圧は全波整流回路12によって全波整流され、平滑コンデンサ13により平滑されてインバータ14に供給される。インバータ14はこれに供給された直流を可変電圧可変周波数の交流に変換して3相交流電動機15に加え、この3相交流電動機15を駆動する。また、多パルス整流変圧器20においては端子台21、ヒューズ22A、ヒューズ22B及びバイメタル23Aを介して3相交流電圧が変圧器10の3相交流入力端子R1,S1,T1に加えられる。これにより、3相交流出力端子R2,S2,T2から3相交流電圧に対して位相が40度進んだ3相交流電圧が出力され、3相交流出力端子R3,S3,T3から位相が40度遅れた3相交流電圧が出力される。これらの3相交流電圧は全波整流回路25及び26によってそれぞれ全波整流され、コネクタ27を介して、全波整流回路12の出力端に供給される。この結果、全波整流回路12を通して出力される直流の電流リップルを埋めるように、全波整流回路25,26が導通するため、電流リップルは小さくなり、電源側に現れる高調波も低減される。
【0024】
ここで、変圧器10は筐体31の内部に収納され、換気用ファン24は吸風口32から外部空気を吸い込み、排風口33から排出させる。ヒートシンク28は全波整流回路25及び26の冷却を促進するものであるが、変圧器10と同等な温度変化をするため、変圧器10の温度を直接検出する代わりにヒートシンク28の温度を検出しても、直接検出と同等な温度検出が可能になる。このことを以下に説明する。
【0025】
一般に、変圧器を保護するには、その巻線温度を直接検出するのが最適であるが、鉄心や巻線には温度センサやバイメタル等を取付け難い状況にある。仮に、鉄心や巻線に温度センサやバイメタル等を取付けたとしても、その位置が変圧器の下方であった場合には検出温度は低目で、しかも、温度上昇に対する変化が小さいために、実際の温度と検出値との間に大きな差を生じやすい。しかるに、多パルス整流変圧器20を構成する全波整流回路25及び26には変圧器と同じ電流が流れるため、変圧器10の温度上昇傾向とヒートシンク28の温度上昇傾向とが略比例する。従って、ヒートシンク28の温度を検出することによって、間接的ではあるが、変圧器10の温度を高精度にて確実に検出することができる。また、全波整流回路25及び26が取り付けられるヒートシンク28はバイメタル23Aの取付も容易であるという利点もある。
【0026】
図4はヒートシンク28の温度と変圧器10の温度との関係を、実際に測定して得られた線図である。この線図から明らかなように、ヒートシンクの温度と変圧器の温度とは直線的な関係にあり、ヒートシンク28に取り付けたバイメタル23Aとして、例えば、90℃以上で接点が開放し、70℃以下で閉成するものを用いることにより、変圧器10の温度を直接検出して、150℃以上で接点が開放し、120℃以下で閉成するものを用いることと等価となる。なお、A点は換気用ファン24が故障して変圧器10の温度が150℃になったときのヒートシンク28の温度が90℃であることを示している。
【0027】
そこで、本実施形態はヒートシンク28にバイメタル23Aを取り付け、温度上昇時に変圧器10に対する3相電圧供給経路を遮断するようにしている。バイメタル23Aは図3(a)に示した動作特性を有している。すなわち、温度が上昇傾向であれば90℃にてオフ状態に切り替わり、温度が下降傾向であれば70℃にてオン状態に復帰する構成になっている。従って、変圧器10の温度上昇に応じてヒートシンク28の温度も上昇し、その温度が90℃を超えると変圧器10に3相電圧を供給するR相の経路が遮断され、変圧器10の3相交流入力端子S1,T1に単相の交流電圧しか供給されなくなる。この結果、変圧器10の3相交流出力端子R2,S2,T2及びR3,S3,T3からは、3相交流入力端子S1,T1に印加された交流と同相で、かつ、入力電圧よりも値の小さい電圧しか出力されなくなる。このことは、全波整流回路12によって整流されたS−T相間の整流電圧より小さく、かつ、この整流電圧よりも値の小さい電圧が全波整流回路25及び26から出力されるだけである。
【0028】
これにより、変圧器10に電流は流れず、実質的にその機能を停止する。一般に、3相交流変圧器に負荷が接続されている場合には、1相の電圧供給経路が開放される、いわゆる、欠相に対して、2相分の電圧供給経路を遮断して保護を図る必要がある。しかし、18パルス整流器を構成する多パルス整流変圧器にあっては、1相分の入力経路を開放するだけで変圧器を過熱から確実に保護することができる。
【0029】
一方、換気用ファン24の電力供給経路に設けられたバイメタル23Bは図3(b)に示した動作特性を有している。すなわち、温度が上昇傾向であれば70℃にてオン状態に切り替わり、温度が下降傾向であれば50℃にてオフ状態に復帰する構成になっている。従って、変圧器10の温度が上昇するに従ってヒートシンク28の温度も上昇し、その温度が70℃を超えると換気用ファン24は換気動作を開始し、その温度が50℃以下に降下するとその換気動作を停止する。この結果、変圧器10の温度が上昇してその冷却が必要である120℃を超えてから100℃に降下する温度範囲に限り、換気用ファン24が運転されるため、換気用ファン24の稼動率が下げられ、その寿命に左右される装置の寿命を長くすることができる。
【0030】
かくして、本実施形態によれば、変圧器10の温度を検出し、その検出値が所定値を超えたとき、変圧器に入力される3相交流電圧の1相分の入力経路を開放するバイメタル23Aを備えているので、簡易な構成にて変圧器10をその過熱から確実に保護することができる。
【0031】
また、本実施形態によれば、変圧器10を筐体31に収納し、この筐体31の側壁に取り付けられたヒートシンク28に全波整流回路25及び26とバイメタル23Aとを装着して変圧器の温度を間接的に検出するようにしたので、変圧器の温度を容易かつ確実に検出することができる。
【0032】
さらに、筐体31内の空気を換気する換気用ファン24を設け、ヒートシンク28に装着したバイメタル23Bによって、ヒートシンク28の温度が所定値を超えたときに換気用ファン24を運転し、所定値よりも降下したとき換気用ファン24を停止させるようにしたので、小型、軽量化及びユニット化を実現することができ、さらに、換気用ファン24の寿命を含めた装置寿命を長くできるという効果も得られる。
【0033】
なお、上記実施形態では変圧器10の温度を間接的に検出して、3相交流電圧の入力回路を開放するバイメタル23Aと、換気用ファン24の電力供給経路を開閉するバイメタル23Bとを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、温度センサの出力に応じてマイクロコンピュータ(MCU)がスイッチング素子をオン、オフ制御する構成であっても、要は、変圧器の温度を検出して電力経路を開閉するリレーであれば良い。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、簡易な構成にて変圧器を過熱から確実に保護することが可能な多パルス整流変圧器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多パルス整流変圧器の一実施形態の構成を、これと組み合わせて18パルス整流器として3相交流電動機を駆動する主回路と併せて示したブロック図。
【図2】図1に示した多パルス整流変圧器を筐体に収納してユニット化した概略構成図。
【図3】図1又は図2に示した多パルス整流変圧器を構成する2種類のバイメタルの動作特性を示す線図。
【図4】図2に示した多パルス整流変圧器における変圧器温度とヒートシンク温度との関係を示す線図。
【図5】本発明を適用する18パルス整流回路の変圧器の巻線構造を表す変圧器ベクトル図。
【図6】図5に示した変圧器ベクトル図を満たす変圧器の巻線構造図。
【符号の説明】
10 変圧器
11 3相交流電源
12,25,26 全波整流回路
20 多パルス整流変圧器
23A,23B バイメタル
24 換気用ファン
28 ヒートシンク
31 筐体
32 吸風口
33 排風口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-pulse rectifier transformer suitable for converting three-phase alternating current into direct current with less harmonics.
[0002]
[Prior art]
When three-phase alternating current is converted into direct current, the most common method is to use one three-phase full-wave rectifier circuit in which six rectifier elements are bridge-connected. In such a three-phase full-wave rectifier circuit, the rectifying element that is energized sequentially every 60 degrees switches and outputs a DC voltage. The DC voltage rectified by this method has a period of 6 times the power supply frequency. A large voltage ripple is included, which becomes a harmonic and causes various obstacles.
[0003]
As a countermeasure, a main full-wave rectifier circuit for full-wave rectification of a three-phase AC voltage, a three-phase AC voltage whose phase is advanced by a predetermined angle with respect to the three-phase AC voltage, and a three-phase whose phase is delayed by a predetermined angle A transformer that outputs an AC voltage, and two auxiliary full-wave rectifier circuits (hereinafter simply referred to as a full-wave rectifier circuit) that supply two loads of three-phase AC voltages output from the transformer to the load after full-wave rectification. An 18-pulse rectifier is proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
FIG. 5 is a transformer vector diagram showing the winding structure of the transformer constituting the 18-pulse rectifier circuit. In the figure, the three-phase AC voltage of the power supply is represented by equilateral triangles R1, S1, and T1. Two points obtained by equally dividing the arc drawn by connecting the remaining two vertices S1 and T1 around the vertex R1 of the equilateral triangle as S3 and T2, respectively. Further, two points obtained by equally dividing the arc drawn by connecting the remaining two vertices T1 and R1 with the vertex S1 of the equilateral triangle as the center are defined as T3 and R2, respectively. Furthermore, two points obtained by equally dividing the arc drawn by connecting the remaining two vertices R1 and S1 around the vertex T1 of the equilateral triangle as R3 and S2, respectively.
[0005]
Next, the intersections of the straight line passing through the vertex R1 of the equilateral triangle and parallel to the opposite side and the straight line passing through the two points T3 and R2 on the arc and the straight line passing through the two points R3 and S2 on the arc are R4, respectively. R5. Further, the intersection points of a straight line passing through the vertex S1 of the equilateral triangle and parallel to the opposite side, a straight line passing through the two points R3 and S2 on the arc, and a straight line passing through the two points S3 and T2 on the arc are respectively S4 and S5. And Furthermore, the intersections of a straight line passing through the vertex T1 of the equilateral triangle and parallel to the opposite side, a straight line passing through the two points S3 and T2 on the arc, and a straight line passing through the two points T3 and R2 on the arc are respectively T4 and T5. And
[0006]
As a result, a hexagonal transformer vector diagram formed by connecting the points R4-R5-S4-S5-T4-T5-R4 is formed. Of these, the line segment R4-R5 corresponds to the R-phase first coil 2, the line segment S5-T4 corresponds to the R-phase second coil 3, and the line segment S4-S5 corresponds to the S-phase first coil 5, respectively. T5-R4 corresponds to the S-phase second coil 6, line segment T4-T5 corresponds to the T-phase first coil 8, and line segment R5-S4 corresponds to the T-phase second coil 9, respectively. The length of the line segment corresponds to the number of turns of the coil with respect to the iron cores of the R, S, and V phases.
[0007]
FIG. 6 is a winding structure diagram of the transformer 10 satisfying this transformer vector diagram, and the reference numerals indicating the dividing points and intersections in FIG. 5 are represented as corresponding winding terminals or taps. In the drawing, an R-phase first coil 2 and an R-phase second coil 3 are wound around an R-phase iron core 1, and an R-phase first coil 2 is provided with an intermediate tap R1, and an R-phase second coil. 3, intermediate taps T2 and S3 are provided. In addition, an S-phase first coil 5 and an S-phase second coil 6 are wound around the S-phase iron core 4, and among these, the S-phase first coil 5 is provided with an intermediate tap S <b> 1. Are provided with intermediate taps R2, T3. Further, a T-phase first coil 8 and a T-phase second coil 9 are wound around the T-phase iron core 7, and among these, the T-phase first coil 8 is provided with an intermediate tap T <b> 1. Are provided with intermediate taps S2, R3.
[0008]
One end R4 of the R-phase first coil 2 is one end of the S-phase second coil 6, one end of the S-phase first coil 5 is one end of the T-phase second coil 9, and one end of the T-phase first coil 8 is one end. The other end of the R-phase first coil 2 is connected to the other end of the T-phase second coil 9 and the other end of the S-phase first coil 5 is connected to the R-phase second coil 3. The other end of the T-phase first coil 8 is connected to the other end of the S-phase second coil 6. Then, the conducting wire is drawn out from the intermediate taps R1, S1, and T1 to become three-phase AC input terminals R1, S1, and T1, and the conducting wire is drawn out from the intermediate taps R2, S2, and T2, and the first three-phase AC output terminal R2 is drawn. , S2, and T2, and the lead wires are drawn out from the intermediate taps R3, S3, and T3 to form second three-phase AC output terminals R3, S3, and T3.
[0009]
Therefore, a full-wave rectifier circuit is connected to the first three-phase AC output terminals R2, S2, and T2, and another full-wave rectifier circuit is connected to the second three-phase AC output terminals R3, S3, and T3. 18-pulse rectifier that reduces harmonics generated on the power supply side by connecting the output terminals of the full-wave rectifier circuit in parallel to the output terminal of the main three-phase full-wave rectifier circuit that converts three-phase alternating current into direct current Is configured.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-10646 (page 6, FIG. 8)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The 18-pulse rectifier has two rectifiers that full-wave rectify the above-described transformer and two types of three-phase AC voltages output from the transformer, respectively, with respect to the main rectifier circuit that directly full-wave rectifies the three-phase AC voltage. Many configurations that add a multi-pulse rectifier transformer including a circuit have been adopted. In this case, the transformer generally uses natural air cooling, and no positive protection means against self-heating is provided. Further, since the winding structure of the transformer is complicated, it is relatively difficult to detect the temperature, and it is difficult to provide a protection means.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a multi-pulse rectifier transformer capable of reliably protecting a transformer from overheating with a simple configuration.
[0013]
Another object of the present invention is to provide a multi-pulse rectifier transformer capable of easily and reliably detecting the temperature of the transformer.
[0014]
Another object of the present invention is to provide a multi-pulse rectifier transformer that can be reduced in size, weight, and unitized, and that can extend its life.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1
A three-phase AC voltage received from a three-phase AC power source is input, and a first three-phase AC voltage whose phase is advanced by a predetermined angle with respect to this three-phase AC voltage and a second whose phase is delayed by a predetermined angle A transformer that outputs a three-phase AC voltage, and first and second rectifier circuits that supply a load to the load by full-wave rectifying the first and second three-phase AC voltages output from the transformer, respectively. In multi-pulse rectifier transformer,
A relay is provided that detects the temperature of the transformer and opens the input path for one phase of the three-phase AC voltage input to the transformer when the detected value exceeds a predetermined value.
[0016]
The invention according to claim 2 is the multi-pulse rectifier transformer according to claim 1, wherein the multi-pulse rectifier transformer is attached to a case that integrally houses the transformer, the first and second rectifier circuits, and a side wall of the case. And a heat sink having first and second rectifier circuits mounted on the inner surface, and the relay indirectly detects the temperature of the transformer from the temperature of the heat sink.
[0017]
The invention according to claim 3 is the multi-pulse rectifier transformer according to claim 1, wherein the multi-pulse rectifier transformer is attached to a housing that integrally accommodates the transformer, the first and second rectifier circuits, and a side wall of the housing. A heat sink in which the first and second rectifier circuits are mounted on the inner surface, a fan for ventilating the air in the housing, a temperature of the heat sink is detected, and the fan is closed when the detected value exceeds a predetermined value. And a relay that opens and stops the fan when the detected value falls below a predetermined value.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a multi-pulse rectifier transformer according to the present invention in combination with a main circuit for driving a three-phase AC motor as an 18-pulse rectifier. In the figure, an input end of a full-wave rectifier circuit 12 is connected to a three-phase AC power source 11, a smoothing capacitor 13 is connected to an output end thereof, and an input end of an inverter 14 is connected. A three-phase AC motor 15 is connected to the output terminal of the inverter 14.
[0019]
The input terminal of the multi-pulse rectifier transformer 20 is connected to the three-phase AC power supply 11, and the output terminal of the multi-pulse rectifier transformer 20 is connected to the output terminal of the full-wave rectifier circuit 12. The multi-pulse rectifier transformer 20 receives a three-phase AC voltage, generates a three-phase AC voltage whose phase is advanced by a predetermined angle, and a three-phase AC voltage whose phase is delayed by a predetermined angle. Each voltage is full-wave rectified and output, and together with the full-wave rectifier circuit 12, an 18-pulse rectifier is configured.
[0020]
The multi-pulse rectifier transformer 20 includes a terminal block 21 connected to the three-phase AC power source 11. The three-phase AC input terminal R1 of the transformer 10 is connected to the R-phase terminal of the terminal block 21 via the fuse 22A and the bimetal 23A, and the three-phase AC terminal S1 of the transformer 10 is directly connected to the S-phase terminal. The AC input terminal T1 of the transformer 10 is connected to the T phase via a fuse 22B. The load end of the fuse 22A is connected to one input end of the ventilation fan 24, and the other input end of the ventilation fan 24 is connected to the S-phase terminal of the terminal block 21 via the bimetal 23B.
[0021]
As described above, the transformer 10 is a three-phase AC output terminal R2, which outputs a three-phase AC voltage whose phase is advanced by 40 degrees with respect to the three-phase AC voltage applied to the three-phase AC input terminals R1, S1, T1. S2 and T2 and three-phase AC output terminals R3, S3 and T3 for outputting a three-phase AC voltage whose phase is delayed by 40 degrees are provided. The three-phase AC output terminals R2, S2, T2 are connected to the input terminal of the full-wave rectifier circuit 25. The output terminal of the full-wave rectifier circuit 25 is connected to the fixed side of the connector 27. The input terminal of the full-wave rectifier circuit 26 is connected to the three-phase AC output terminals R3, S3, and T3. The output terminal of the full-wave rectifier circuit 26 is connected to the fixed side of the connector 27. The positive side and the load side of the connector 27 are connected in parallel to the output terminal of the full-wave rectifier circuit 12. The bimetals 23A and 23B and the full-wave rectifier circuits 25 and 26 are attached to the heat sink 28 as will be described later.
[0022]
In FIG. 2, the multi-pulse rectifier transformer 20 is housed in a housing and unitized. The transformer 10 is housed in a housing 31. An air inlet 32 is formed in the lower part of one side wall of the casing 31, and an air outlet 33 is formed in the upper part of the other side wall. A ventilation fan 24 is attached to the inner central portion of the air exhaust port 33. Further, a substantially central portion of the other side wall of the casing 31 is cut out, and a heat sink 28 is attached thereto. Full-wave rectifier circuits 25 and 26 and bimetals 23A and 23B are mounted inside the heat sink 28, and a lead wire inlet / outlet 34 formed between the heat sink 28 and the air outlet 33 is used for three-core three-phase AC input. A lead wire and a two-core DC output lead wire are passed through.
[0023]
The operation of the present embodiment configured as described above will be described below. First, the three-phase AC voltage of the three-phase AC power supply 11 is full-wave rectified by the full-wave rectifier circuit 12, smoothed by the smoothing capacitor 13, and supplied to the inverter 14. The inverter 14 converts the direct current supplied thereto into alternating current of variable voltage and variable frequency, adds it to the three-phase alternating current motor 15, and drives the three-phase alternating current motor 15. In the multi-pulse rectifier transformer 20, a three-phase AC voltage is applied to the three-phase AC input terminals R1, S1, and T1 of the transformer 10 through the terminal block 21, the fuse 22A, the fuse 22B, and the bimetal 23A. As a result, a three-phase AC voltage whose phase is advanced by 40 degrees with respect to the three-phase AC voltage is output from the three-phase AC output terminals R2, S2, and T2, and a phase is 40 degrees from the three-phase AC output terminals R3, S3, and T3. A delayed three-phase AC voltage is output. These three-phase AC voltages are full-wave rectified by the full-wave rectifier circuits 25 and 26, respectively, and are supplied to the output terminal of the full-wave rectifier circuit 12 via the connector 27. As a result, the full-wave rectifier circuits 25 and 26 are conducted so as to fill the direct current ripple output through the full-wave rectifier circuit 12, so that the current ripple is reduced and the harmonics appearing on the power supply side are also reduced.
[0024]
Here, the transformer 10 is housed inside the casing 31, and the ventilation fan 24 sucks external air from the air inlet 32 and exhausts it from the air outlet 33. The heat sink 28 promotes cooling of the full-wave rectifier circuits 25 and 26. However, since the temperature change is equivalent to that of the transformer 10, the temperature of the heat sink 28 is detected instead of directly detecting the temperature of the transformer 10. However, temperature detection equivalent to direct detection is possible. This will be described below.
[0025]
Generally, in order to protect a transformer, it is optimal to directly detect the winding temperature, but it is difficult to attach a temperature sensor or a bimetal to the iron core or winding. Even if a temperature sensor, bimetal, etc. are attached to the iron core or winding, if the position is below the transformer, the detected temperature is low, and the change with respect to the temperature rise is small. A large difference is likely to occur between the temperature and the detected value. However, since the same current flows through the full-wave rectifier circuits 25 and 26 constituting the multi-pulse rectifier transformer 20, the temperature increase tendency of the transformer 10 and the temperature increase tendency of the heat sink 28 are substantially proportional. Therefore, by detecting the temperature of the heat sink 28, although indirectly, the temperature of the transformer 10 can be reliably detected with high accuracy. Further, the heat sink 28 to which the full-wave rectifier circuits 25 and 26 are attached has an advantage that the bimetal 23A can be easily attached.
[0026]
FIG. 4 is a diagram obtained by actually measuring the relationship between the temperature of the heat sink 28 and the temperature of the transformer 10. As is apparent from this diagram, the temperature of the heat sink and the temperature of the transformer have a linear relationship. For example, as the bimetal 23A attached to the heat sink 28, the contact is opened at 90 ° C. or higher, and at 70 ° C. or lower. By using the one that is closed, it is equivalent to directly detecting the temperature of the transformer 10 and opening the contact at 150 ° C. or higher and closing at 120 ° C. or lower. Note that point A indicates that the temperature of the heat sink 28 is 90 ° C. when the ventilation fan 24 fails and the temperature of the transformer 10 reaches 150 ° C.
[0027]
Therefore, in this embodiment, the bimetal 23A is attached to the heat sink 28 so that the three-phase voltage supply path to the transformer 10 is cut off when the temperature rises. The bimetal 23A has the operating characteristics shown in FIG. In other words, if the temperature tends to rise, it switches to the off state at 90 ° C., and if the temperature tends to fall, it returns to the on state at 70 ° C. Accordingly, the temperature of the heat sink 28 rises in accordance with the temperature rise of the transformer 10, and when the temperature exceeds 90 ° C., the R-phase path for supplying the three-phase voltage to the transformer 10 is interrupted. Only a single-phase AC voltage is supplied to the phase AC input terminals S1 and T1. As a result, the three-phase AC output terminals R2, S2, T2 and R3, S3, T3 of the transformer 10 have the same phase as the AC applied to the three-phase AC input terminals S1, T1, and a value greater than the input voltage. Only a small voltage is output. This means that only the voltage that is smaller than the rectified voltage between the S and T phases rectified by the full-wave rectifier circuit 12 and smaller than the rectified voltage is output from the full-wave rectifier circuits 25 and 26.
[0028]
As a result, no current flows through the transformer 10, and its function is substantially stopped. In general, when a load is connected to a three-phase AC transformer, the one-phase voltage supply path is opened. It is necessary to plan. However, in the multi-pulse rectifier transformer constituting the 18-pulse rectifier, the transformer can be reliably protected from overheating only by opening the input path for one phase.
[0029]
On the other hand, the bimetal 23B provided in the power supply path of the ventilation fan 24 has the operating characteristics shown in FIG. That is, if the temperature tends to rise, it is switched to the on state at 70 ° C., and if the temperature tends to fall, it returns to the off state at 50 ° C. Accordingly, as the temperature of the transformer 10 rises, the temperature of the heat sink 28 also rises. When the temperature exceeds 70 ° C., the ventilation fan 24 starts the ventilation operation, and when the temperature drops below 50 ° C., the ventilation operation. To stop. As a result, the ventilation fan 24 is operated only in a temperature range in which the temperature of the transformer 10 rises and exceeds 120 ° C. where cooling is necessary and then drops to 100 ° C. The rate can be lowered and the lifetime of the device can be increased depending on its lifetime.
[0030]
Thus, according to the present embodiment, the temperature of the transformer 10 is detected, and when the detected value exceeds a predetermined value, the input path for one phase of the three-phase AC voltage input to the transformer is opened. Since 23A is provided, the transformer 10 can be reliably protected from overheating with a simple configuration.
[0031]
In addition, according to the present embodiment, the transformer 10 is housed in the casing 31, and the full-wave rectifier circuits 25 and 26 and the bimetal 23 </ b> A are attached to the heat sink 28 attached to the side wall of the casing 31. Therefore, the temperature of the transformer can be detected easily and reliably.
[0032]
Further, a ventilation fan 24 for ventilating the air in the housing 31 is provided, and the ventilation fan 24 is operated when the temperature of the heat sink 28 exceeds a predetermined value by the bimetal 23B attached to the heat sink 28. Since the ventilation fan 24 is stopped when it is lowered, it is possible to realize a reduction in size, weight, and unitization, and it is possible to extend the life of the device including the life of the ventilation fan 24. It is done.
[0033]
In the above embodiment, the temperature of the transformer 10 is indirectly detected, and the bimetal 23A that opens the input circuit for the three-phase AC voltage and the bimetal 23B that opens and closes the power supply path of the ventilation fan 24 are used. However, the present invention is not limited to this. Even if the microcomputer (MCU) controls the on / off of the switching element according to the output of the temperature sensor, the point is to detect the temperature of the transformer. Any relay that opens and closes the power path may be used.
[0034]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, a multi-pulse rectifier transformer capable of reliably protecting a transformer from overheating with a simple configuration is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a multi-pulse rectifier transformer according to the present invention in combination with a main circuit for driving a three-phase AC motor as an 18-pulse rectifier.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram in which the multi-pulse rectifier transformer shown in FIG. 1 is housed in a housing and unitized.
3 is a diagram showing operating characteristics of two types of bimetals constituting the multi-pulse rectifier transformer shown in FIG. 1 or FIG.
4 is a diagram showing the relationship between the transformer temperature and the heat sink temperature in the multi-pulse rectifier transformer shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a transformer vector diagram showing a winding structure of a transformer of an 18-pulse rectifier circuit to which the present invention is applied.
6 is a winding structure diagram of a transformer that satisfies the transformer vector diagram shown in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transformer 11 Three-phase alternating current power supply 12, 25, 26 Full wave rectification circuit 20 Multi-pulse rectification transformer 23A, 23B Bimetal 24 Ventilation fan 28 Heat sink 31 Case 32 Air intake port 33 Air exhaust port

Claims (3)

3相交流電源から受電した3相交流電圧を入力し、この3相交流電圧に対して所定の角度だけ位相が進んだ第1の3相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた第2の3相交流電圧を出力する変圧器と、前記変圧器から出力される第1及び第2の3相交流電圧をそれぞれ全波整流して負荷に供給する第1及び第2の整流回路とを備えた多パルス整流変圧器において、
前記変圧器の温度を検出し、検出値が所定値を超えたとき、前記変圧器に入力される3相交流電圧の1相分の入力経路を開放するリレーを備えたことを特徴とする多パルス整流変圧器。
A three-phase AC voltage received from a three-phase AC power source is input, and a first three-phase AC voltage whose phase is advanced by a predetermined angle with respect to this three-phase AC voltage and a second whose phase is delayed by a predetermined angle A transformer that outputs a three-phase AC voltage; and first and second rectifier circuits that supply first and second three-phase AC voltages output from the transformer to a load by full-wave rectification, respectively. In multi-pulse rectifier transformer,
A relay is provided that detects the temperature of the transformer and opens an input path for one phase of the three-phase AC voltage input to the transformer when the detected value exceeds a predetermined value. Pulse rectifier transformer.
前記変圧器、第1及び第2の整流回路を一体的に収納する筐体と、前記筐体の側壁に取り付けられ、内側面に前記第1及び第2の整流回路が装着されたヒートシンクと、を備え、前記リレーは前記ヒートシンクの温度から前記変圧器の温度を間接的に検出することを特徴とする請求項1に記載の多パルス整流変圧器。A case that integrally houses the transformer and the first and second rectifier circuits; a heat sink that is attached to a side wall of the case and has the first and second rectifier circuits mounted on an inner surface; The multi-pulse rectifier transformer according to claim 1, wherein the relay indirectly detects the temperature of the transformer from the temperature of the heat sink. 前記変圧器、第1及び第2の整流回路を一体的に収納する筐体と、前記筐体の側壁に取り付けられ、内側面に前記第1及び第2の整流回路が装着されたヒートシンクと、前記筐体内の空気を換気するファンと、前記ヒートシンクの温度を検出し、検出値が所定値を超えたときに閉成して前記ファンを運転し、検出値が前記所定値よりも降下したときに開放して前記ファンを停止させるリレーと、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の多パルス整流変圧器。A case that integrally houses the transformer and the first and second rectifier circuits; a heat sink that is attached to a side wall of the case and has the first and second rectifier circuits mounted on an inner surface; When the temperature of the fan for ventilating the air in the housing and the heat sink is detected, and the detected value exceeds a predetermined value, the fan is operated and the detected value falls below the predetermined value The multi-pulse rectifier transformer according to claim 1, further comprising a relay that opens to stop the fan.
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