JP5789742B2 - Distribution board - Google Patents
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Description
本発明は、直流配電を行う分電盤に関するものである。 The present invention relates to a distribution board that performs direct current distribution.
近年、太陽光発電システムや燃料電池システムなどの家庭内への普及が進んでおり、これらシステムの生成する直流エネルギーをそのまま直流負荷に供給する直流配電システムは、エネルギーロスの少ない配電システムとして注目されている。 In recent years, solar power generation systems and fuel cell systems are becoming more popular in homes. DC distribution systems that supply direct current energy generated by these systems directly to direct current loads are attracting attention as power distribution systems with low energy loss. ing.
直流配電システムにおいて直流配電を行う分電盤としては、特許文献1,2等に開示されており、直流負荷へ直流電力を配電している。この直流負荷には、例えば、LED等を用いた照明器具、ゲートウェイ等の通信機器、防犯センサおよび防災センサ等のセンサ機器などが挙げられる。
A distribution board that performs DC distribution in a DC distribution system is disclosed in
そして、上記のような分電盤において、直流電路に通信信号を重畳し、直流負荷への電力供給と、直流負荷との間の通信とを、同じ直流電路を介して行う直流配電システムが提案されている。 In the distribution board as described above, a DC distribution system is proposed in which communication signals are superimposed on the DC circuit, and power supply to the DC load and communication with the DC load are performed via the same DC circuit. Has been.
直流電路に直流電力を供給する直流電源は、太陽電池、燃料電池、二次電池等を含んで構成されており、その出力インピーダンスは、負荷変動による出力電圧への影響を低減させるため、低インピーダンスである。したがって、直流電路に重畳した通信信号は、直流電源側に漏洩する(直流電源側に吸収される)ため、直流負荷との間の通信が困難になる虞がある。 The DC power supply that supplies DC power to the DC circuit is configured to include solar cells, fuel cells, secondary batteries, etc., and its output impedance is low impedance in order to reduce the effect on output voltage due to load fluctuations. It is. Therefore, the communication signal superimposed on the DC power circuit leaks to the DC power supply side (is absorbed by the DC power supply side), and thus communication with the DC load may be difficult.
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流電路に通信信号を重畳させて直流負荷との間で通信を行う場合に、直流負荷との間の通信性能を向上させることができる分電盤を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to improve communication performance with a DC load when communication is performed with a DC load by superimposing a communication signal on a DC circuit. It is in providing the distribution board which can be made to do.
本発明の分電盤は、直流電源から供給される直流電力を複数系統に分岐させる複数の分岐電路と、前記分岐電路のそれぞれに設けられて、前記分岐電路のそれぞれから、負荷を接続した配電路への電力供給を導通・遮断する分岐開閉器と、前記複数の分岐電路のうち少なくとも1つの分岐電路に接続し、この接続した分岐電路に重畳させる通信信号を伝送する通信線と、前記通信線と前記分岐電路との接続点と、前記直流電源との間の電路に設けられて、少なくとも前記通信信号の周波数帯域を阻止域とするフィルタと、前記分岐開閉器の負荷側出力と前記負荷との間に設けられて、前記負荷側の出力インピーダンスが前記配電路の特性インピーダンスと整合し、前記分岐開閉器側の入力インピーダンスが前記負荷のインピーダンスより大きい整合回路とを備えることを特徴とする。 The distribution board of the present invention is provided in each of a plurality of branch circuits for branching DC power supplied from a DC power source into a plurality of systems, and a power distribution in which a load is connected from each of the branch circuits. A branch switch for conducting / interrupting power supply to the road, a communication line connected to at least one branch electric circuit among the plurality of branch electric circuits, and transmitting a communication signal superimposed on the connected branch electric circuit, and the communication A filter provided at a connection point between a line and the branch circuit and the DC power supply, and having at least a frequency band of the communication signal as a stop band , a load side output of the branch switch, and the load The output impedance on the load side matches the characteristic impedance of the distribution line, and the input impedance on the branch switch side is larger than the impedance of the load. Characterized in that it comprises a matching circuit.
この発明において、前記通信信号は、通信信号源から前記通信線に送出され、前記通信信号源のインピーダンスに整合する終端器を前記分岐電路に設けることが好ましい。 In the present invention, the communication signal is preferably sent from the communication signal source to the communication line, and a terminator that matches the impedance of the communication signal source is provided in the branch electric circuit.
この発明において、前記複数の分岐電路の各間を、前記通信信号の周波数帯域を通過させるインピーダンスを有する結合素子で結合することが好ましい。 In this invention, it is preferable that each of the plurality of branch electric circuits is coupled by a coupling element having an impedance that allows the frequency band of the communication signal to pass.
以上説明したように、本発明では、直流電路に通信信号を重畳させて直流負荷との間で通信を行う場合に、直流負荷との間の通信性能を向上させることができるという効果がある。 As described above, according to the present invention, when communication is performed with a DC load by superimposing a communication signal on a DC circuit, the communication performance with the DC load can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本実施形態の分電盤1を用いた直流配電システムの構成を示しており、分電盤1と、直流電源2と、通信装置3と、直流負荷4とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a DC distribution system using a
直流電源2は、太陽電池、燃料電池、二次電池等が発生する直流電圧を所望の直流電圧に変換しており、例えば、DC380Vの直流電圧を出力する。直流電源2と分電盤1との間は幹線電路W1によって接続されており、直流電源2の直流電力は幹線電路W1を介して分電盤1に供給される。
The
通信装置3は、直流負荷4へ送信する通信信号を生成する通信信号源31を備えており、通信信号源31と分電盤1との間は通信線L1〜L3によって接続されており、通信信号源31が生成した通信信号は通信線L1〜L3を介して分電盤1に送信される。この通信信号は、例えば、直流負荷4のエネルギーマネジメント等の制御信号で構成される。なお、図1の通信装置3において、通信線L1〜L3のそれぞれに直列接続されたZsは、通信装置3の信号源インピーダンスを示す。
The
直流負荷4は、LED等を用いた照明器具、ゲートウェイ等の通信機器、防犯センサおよび防災センサ等のセンサ機器などであり、直流負荷4と分電盤1との間は複数の配電路W311〜W31m、W321〜W32m、W331〜W33mによってそれぞれ接続されている。そして、直流電源2の直流電力は、分電盤1から配電路W311〜W31m、W321〜W32m、W331〜W33mを介して直流負荷4のそれぞれへ配電される。なお、m系統の配電路W311〜W31mを区別しない場合、配電路W31と称し、m系統の配電路W321〜W32mを区別しない場合、配電路W32と称し、m系統の配電路W331〜W33mを区別しない場合、配電路W33と称す。
The
分電盤1は、フィルタF1〜F3と、分岐開閉器K11〜K1m,K21〜K2m,K31〜K3mとを備える。
The
そして、直流電源2から直流電力を供給される幹線電路W1は分電盤1内に引き込まれており、幹線電路W1は、分電盤1内において複数の分岐電路W21〜W23に分岐している。分岐電路W21〜W23のそれぞれには、フィルタF1〜F3のそれぞれが介挿されている。分岐電路W21は、フィルタF1を介して分岐開閉器K11〜K1mに接続し、分岐電路W22は、フィルタF2を介して分岐開閉器K21〜K2mに接続し、分岐電路W23は、フィルタF3を介して分岐開閉器K31〜K3mに接続する。なお、m個の分岐開閉器K11〜K1mを区別しない場合、分岐開閉器K1と称し、m個の分岐開閉器K21〜K2mを区別しない場合、分岐開閉器K2と称し、m個の分岐開閉器K31〜K3mを区別しない場合、分岐開閉器K3と称す。
The main line W1 to which DC power is supplied from the
分岐開閉器K1〜K3の各負荷側出力は、配電路W31〜W33にそれぞれ接続し、分岐開閉器K1〜K3は、配電路W31〜W33に接続している各直流負荷4への電力供給を導通・遮断する。
The load-side outputs of the branch switches K1 to K3 are connected to the distribution lines W31 to W33, respectively. The branch switches K1 to K3 supply power to the
このような構成を備える直流配電システムでは、直流電源2から分電盤1に供給された直流電力は、幹線電路W1から分岐電路W21〜W23に分岐する。そして、分岐電路W21の直流電力は、分岐開閉器K1(K11〜K1m)によって、さらにm系統に分岐される。分岐電路W22の直流電力は、分岐開閉器K2(K21〜K2m)によって、さらにm系統に分岐される。分岐電路W23の直流電力は、分岐開閉器K3(K31〜K3m)によって、さらにm系統に分岐される。分岐開閉器K1〜K3の各負荷側出力には、配電路W31〜W33が接続されている。そして、配電路W31〜W33に接続している直流負荷4は、分岐開閉器K1〜K3によって、分岐電路W21〜W23からの電力供給が導通・遮断される。
In the DC power distribution system having such a configuration, the DC power supplied from the
そして、通信装置3は、分岐電路W21〜W23のそれぞれに、通信線L1〜L3を介して通信信号を重畳しており、この通信信号は、分岐開閉器K1〜K3を介して配電路W31〜W33に伝送され、配電路W31〜W33上の直流負荷4に送信される。直流負荷4は、受信した通信信号に基づいて、エネルギーマネジメント制御を実行する。
And the
さらに本実施形態では、分岐電路W21〜W23のそれぞれにフィルタF1〜F3が介挿されている。通信線L1〜L3と分岐電路W21〜W23との接続点をX1〜X3とすると、分岐電路W21〜W23上のフィルタF1〜F3は、接続点X1〜X3と幹線電路W1との間に位置する。 Furthermore, in this embodiment, the filters F1-F3 are inserted in each of the branch electric circuits W21-W23. When the connection points between the communication lines L1 to L3 and the branch electric lines W21 to W23 are X1 to X3, the filters F1 to F3 on the branch electric lines W21 to W23 are located between the connection points X1 to X3 and the main line W1. .
そして、フィルタF1〜F3は、通信装置3が送信する通信信号の周波数帯域を阻止域としており、分岐電路W21〜W23に重畳された通信信号が、フィルタF1〜F3を通過して幹線電路W1側に伝送することを抑制している。したがって、直流電源2の出力インピーダンスが低インピーダンスであっても、分岐電路W21〜W23に重畳された通信信号は、直流電源2側への漏洩量(直流電源2側への吸収量)が抑えられる。
The filters F1 to F3 use the frequency band of the communication signal transmitted by the
而して、分岐電路W21〜W23に重畳された通信信号は、フィルタF1〜F3によって、その通信信号電力が直流電源2側に漏洩しないため、負荷4への信号伝達効率を高めることができる。さらに、フィルタF1〜F3によって、分岐電路W21〜W23のそれぞれに個別に重畳される独立な通信信号の混信を防ぐことができるので、分岐電路W21〜W23における通信の独立性を担保することができる。すなわち、本実施形態の分電盤1を用いることによって、直流電路に通信信号を重畳させて直流負荷4との間で通信を行う場合に、直流負荷4との間の通信性能を向上させることができる。なお、フィルタF1〜F3の阻止域は、少なくとも通信信号の周波数帯域であればよく、例えば電源ノイズ等の抑制のために他の周波数帯域を阻止域に含んでもよい。また、通信信号の周波数帯域を阻止域とするフィルタが、接続点X1〜X3と直流電源2との間に位置しておれば、分岐電路W21〜W23に重畳された通信信号の直流電源2側への漏洩量が抑えられる。
Thus, since the communication signal power of the communication signals superimposed on the branch electric circuits W21 to W23 is not leaked to the
なお、分岐電路の系統数が少ない場合、分岐電路W21〜W23にフィルタF1〜F3を設ける代わりに、幹線電路W1に1つのフィルタを設けてもよい。この場合、通信装置3の通信ポートの数が少なくてもよいので、幹線電路W1に1つのフィルタを設けることで対応可能になる。
When the number of branch circuit paths is small, one filter may be provided on the main line W1 instead of providing the filters F1 to F3 on the branch circuits W21 to W23. In this case, since the number of communication ports of the
また、分岐電路W21〜W23にそれぞれ接続している分岐開閉器K1〜K3は、一般に単なるスイッチである。したがって、分岐開閉器K1〜K3のオン時(導通時)において、各直流負荷4のインピーダンスZcが、通信装置3から負荷側をみたインピーダンス(以降、通信装置3からみた負荷インピーダンスと称す)として通信装置3に接続される。例えば、分岐電路W21は、m系統の配電路W311〜W31mに分岐しており、m個の直流負荷4が並列接続される。したがって、通信装置3から通信線L1および分岐電路W21を介して負荷4側をみた(通信装置3から分岐電路W21側をみた)負荷インピーダンスZaは、
Further, the branch switches K1 to K3 connected to the branch electric circuits W21 to W23, respectively, are generally just switches. Therefore, when the branch switches K1 to K3 are on (when conducting), the impedance Zc of each
となる。 It becomes.
すなわち、通信装置3から分岐電路W21側をみた負荷インピーダンスZaは、信号源インピーダンスZsに対して非常に低インピーダンスとなる。また、通信装置3から分岐電路W22,W23側をみた各負荷インピーダンスも、上記同様に[数1]で表され、信号源インピーダンスZsに対して非常に低インピーダンスとなる。以降、負荷インピーダンスZaは、通信装置3から分岐電路W21〜W23のそれぞれをみた負荷インピーダンスを指すものとする。
That is, the load impedance Za viewed from the
信号伝達に関する理論によれば、通信信号電力が最も効率よく伝達できる条件は、信号源インピーダンスZsと負荷インピーダンスZaとが整合(マッチング)しているときである。信号源インピーダンスZsと負荷インピーダンスZaとが整合していない場合、通信信号電力は、通信装置3の通信信号源31と直流負荷4との間を繰り返し反射することになり、やがて熱となって散逸してしまう。また、このような多重反射状態における反射波は、直流負荷4側へ遅延波となって伝達するため、通信信号の波形を歪ませる原因となる。
According to the theory relating to signal transmission, the condition for transmitting the communication signal power most efficiently is when the signal source impedance Zs and the load impedance Za are matched. When the signal source impedance Zs and the load impedance Za do not match, the communication signal power is repeatedly reflected between the
そこで、通信装置3の信号源インピーダンスZsを、以下のように設定した。なお、フィルタF1〜F3によって分岐電路W21〜W23における通信の独立性が確保されている。そこで、以下の説明では、分岐電路W21から分岐開閉器K11,K12を介して2系統の配電路W311,W312に分岐する通信路を例にして、説明する。
Therefore, the signal source impedance Zs of the
通常、配電路W311,W312は、互いに同じケーブルが用いられる。ここでは、一般的なVVFケーブルを用いた場合、配電路W311,W312の各特性インピーダンスは、75Ωになる。そして、配電路W311,W312に接続している直流負荷4のインピーダンスZcは、配電路W311,W312の各特性インピーダンスと整合していることが望ましく、直流負荷4のインピーダンスZcを75Ωに設定する。この場合、通信装置3は、分岐電路W21を介してインピーダンス75Ωが並列接続されたことになり、通信装置3から分岐電路W21側をみた負荷インピーダンスZaは32.5Ωになる。
Normally, the same cables are used for the distribution paths W311 and W312. Here, when a general VVF cable is used, each characteristic impedance of the distribution paths W311 and W312 is 75Ω. The impedance Zc of the
そして、通信信号の電力伝達効率を最大にするには、信号源インピーダンスZsが、通信装置3からみた負荷インピーダンスZaに整合していることが必要であり、この場合、信号源インピーダンスZs=32.5Ωに設計される。
In order to maximize the power transfer efficiency of the communication signal, the signal source impedance Zs needs to match the load impedance Za viewed from the
このように、信号源インピーダンスZsを、通信装置3から見た負荷インピーダンスZaに整合させることによって、通信装置3から直流負荷4への通信信号電力の伝達効率を最大にすることができる。
Thus, by matching the signal source impedance Zs to the load impedance Za viewed from the
なお、他の2つの分岐電路W22,W23についても、上記分岐電路W21と同様に、インピーダンス整合が図られる。 In addition, impedance matching is also achieved for the other two branch electric circuits W22 and W23 as in the case of the branch electric circuit W21.
(実施形態2)
図2は、本実施形態の分電盤1を用いた直流配電システムの構成を示し、分電盤1内に分岐整合器S1〜S3を設けており、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a configuration of a DC power distribution system using the
分岐整合器S1は、分岐開閉器K11〜K1mの各負荷側出力に接続された分岐整合器S11〜S1mである。分岐整合器S2は、分岐開閉器K21〜K2mの各負荷側出力に接続された分岐整合器S21〜S2mである。分岐整合器S3は、分岐開閉器K31〜K3mの各負荷側出力に接続された分岐整合器S31〜S3mである。 Branch matching device S1 is branch matching device S11-S1m connected to each load side output of branch switch K11-K1m. Branch matching device S2 is branch matching device S21-S2m connected to each load side output of branch switch K21-K2m. Branch matching unit S3 is branch matching unit S31-S3m connected to each load side output of branch switch K31-K3m.
以下、分岐整合器S1〜S3の動作について、分岐整合器S1を例にして、図3を用いて説明する。 Hereinafter, the operation of the branch matching units S1 to S3 will be described using the branch matching unit S1 as an example with reference to FIG.
図3は、通信装置3と、分岐電路W21と、m個の分岐整合器S11〜S1mと、m系統の配電路W311〜W31mと、m個の直流負荷4とからなる通信路を示す。なお、図3において、分岐開閉器K11〜K1mは、オン(導通)状態であり、省略している。
FIG. 3 shows a communication path including the
分岐整合器S11〜S1mのそれぞれは、一次巻線Tr1および二次巻線Tr2を有するトランスTrで構成され、その巻数比(一次巻線Tr1の巻数N1/二次巻線Tr2の巻数N2)はN(>1)になる。 Each of the branch matching units S11 to S1m is composed of a transformer Tr having a primary winding Tr1 and a secondary winding Tr2, and the turn ratio (the number of turns N1 of the primary winding Tr1 / the number of turns N2 of the secondary winding Tr2) is N (> 1).
この場合、直流負荷4のインピーダンスをZc、各トランスTrの一次側から負荷側をみたインピーダンスをZbとすると、Zbは[数2]で表される。
In this case, assuming that the impedance of the
インピーダンスZbは、分岐電路W21側(分岐開閉器K11〜K1m側)からみた分岐整合器S11〜S1mの入力インピーダンスであり、このインピーダンスZbは、直流負荷4のインピーダンスZcにトランスTrの巻数比Nの二乗を乗じた値になる。すなわち、分岐整合器S11〜S1mの入力インピーダンスZbは、直流負荷4のインピーダンスZcより大きくなる。
The impedance Zb is an input impedance of the branch matching devices S11 to S1m as viewed from the branch circuit W21 side (branch switches K11 to K1m side). The value is multiplied by the square. That is, the input impedance Zb of the branch matching units S11 to S1m is larger than the impedance Zc of the
そして、分岐電路W21は、m系統の配電路W311〜W31mに分岐しており、m個の直流負荷4が並列接続されるため、通信装置3から分岐電路W21側をみた負荷インピーダンスZaは、[数3]で表される。
And the branch electric circuit W21 is branched into m distribution lines W311 to W31m, and the m DC loads 4 are connected in parallel. Therefore, the load impedance Za viewed from the
したがって、通信装置3から分岐電路W21側をみた負荷インピーダンスZaは、トランスTrの巻数比Nの二乗に比例し、高インピーダンスとなる。また、通信装置3から分岐電路W22,W23側をみた各負荷インピーダンスも同様に、上記[数3]で表される。
Therefore, the load impedance Za viewed from the
また、トランスTrの二次側インピーダンス(負荷側の出力インピーダンス)は、配電路W31〜W33に用いるケーブルの特性インピーダンスと整合している。 Moreover, the secondary side impedance (load side output impedance) of the transformer Tr matches the characteristic impedance of the cable used for the distribution paths W31 to W33.
このような分岐整合器S1〜S3を用いた場合、通信装置3からみた負荷インピーダンスZaと信号源インピーダンスZsとの整合状態について、以下、説明する。
When such branch matching devices S1 to S3 are used, the matching state between the load impedance Za and the signal source impedance Zs as viewed from the
まず、負荷インピーダンスZaと信号源インピーダンスZsとの整合状態を評価するために一般的に用いられる反射係数Γは、[数4]で表される。 First, a reflection coefficient Γ generally used for evaluating the matching state between the load impedance Za and the signal source impedance Zs is expressed by [Equation 4].
そして、整合状態の指標として、反射係数Γ>10dBを用いた場合、この指標を満足する配電路の系統数mとトランスTrの巻数比Nとの関係式は、[数5]に示される。 When a reflection coefficient Γ> 10 dB is used as an index of the matching state, a relational expression between the number m of distribution lines satisfying this index and the turn ratio N of the transformer Tr is expressed by [Equation 5].
そして、[数5]を、m>N2、m<N2のそれぞれにおいて展開すると、[数6]で表され、指標を満足する配電路の系統数mおよびトランスTrの巻数比Nは、[数7]に示す範囲内になる。 Then, when [Equation 5] is expanded in each of m> N 2 and m <N 2 , the number m of power distribution paths satisfying the index and the turn ratio N of the transformer Tr are expressed by [Equation 6]. It falls within the range shown in [Equation 7].
すなわち、配電路の系統数mは、トランスTrの巻数比N2の約1/2〜約2倍までの範囲内で設けることができる。例えば、配電路の系統数mを「10」とすると、トランスTrの巻数Nは、2.28<N<4.39になる。 That is, the number m of distribution lines can be provided within a range of about ½ to about twice the turn ratio N 2 of the transformer Tr. For example, when the number of distribution lines m is “10”, the number of turns N of the transformer Tr is 2.28 <N <4.39.
次に、トランスTrの巻数比Nを固定した場合に、配電路の系統数mが取り得る範囲を図4のテーブルに示す。図4において、N1は、トランスTrの一次巻線Tr1の巻数、N2は、トランスTrの二次巻線Tr2の巻数、Nは、トランスTrの巻数比、Zbは、Zc=75Ωの場合にトランスTrの一次側から負荷側をみたインピーダンスを示す。また、最小分岐数は、[数7]を満足する範囲で配電路の系統数mがとり得る最小値を示し、最大分岐数は、[数7]を満足する範囲で配電路の系統数mがとり得る最大値を示す。 Next, the table of FIG. 4 shows the possible range of the number m of distribution lines when the turn ratio N of the transformer Tr is fixed. In FIG. 4, N1 is the number of turns of the primary winding Tr1 of the transformer Tr, N2 is the number of turns of the secondary winding Tr2 of the transformer Tr, N is the turns ratio of the transformer Tr, and Zb is the transformer when Zc = 75Ω. The impedance when the load side is seen from the primary side of Tr is shown. Further, the minimum number of branches indicates the minimum value that the number m of distribution lines can take within the range satisfying [Equation 7], and the maximum number of branches is the number m of distribution lines within the range satisfying [Equation 7]. The maximum value that can be taken.
したがって、配電路の系統数mを最小分岐数〜最大分岐数の範囲内に設定することによって、負荷インピーダンスZaと信号源インピーダンスZsとを整合させることができ、通信信号の電力伝達効率を高くすることができる。また、本実施形態では、最大分岐数を大きくすることができる。 Therefore, the load impedance Za and the signal source impedance Zs can be matched by setting the number m of distribution lines within the range of the minimum number of branches to the maximum number of branches, and the power transmission efficiency of the communication signal is increased. be able to. In the present embodiment, the maximum number of branches can be increased.
また、通信信号源31から直流負荷4までの経路における電力利得Gは、[数8]に示される。
The power gain G in the path from the
この[数8]に基づいて、図4における最大損失分岐数および最小損失分岐数を求めている。最大損失分岐数は、通信信号電力の損失が最大になる配電路の系統数mを示し、最小損失分岐数は、通信信号電力の損失が最小になる配電路の系統数mを示す。 Based on this [Equation 8], the maximum loss branch number and the minimum loss branch number in FIG. 4 are obtained. The maximum number of loss branches indicates the number m of distribution lines where the loss of communication signal power is maximum, and the minimum number of loss branches indicates the number m of distribution lines where the loss of communication signal power is minimum.
したがって、配電路の系統数mを、最小損失分岐数またはその近傍に設定することによって、通信信号電力の損失を低くすることができる。 Therefore, the loss of communication signal power can be reduced by setting the number m of distribution paths to the minimum loss branch number or the vicinity thereof.
(実施形態3)
図5は、本実施形態の分電盤1を用いた直流配電システムの構成を示しており、分電盤1内に整合終端器R1〜R3を設けている。なお、実施形態2と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a configuration of a DC power distribution system using the
整合終端器R1〜R3は、分岐電路W21〜W23の各々の終端に設けられ、整合終端器R1〜R3の各インピーダンスは、通信装置3の信号源インピーダンスZsに整合する値に設定される。
The matching terminators R1 to R3 are provided at the ends of the branch electric circuits W21 to W23, and the impedances of the matching terminators R1 to R3 are set to values that match the signal source impedance Zs of the
この場合、通信装置3から分岐電路W21,W22,W23側のそれぞれをみた負荷インピーダンスZaは、[数9]で表される。
In this case, the load impedance Za viewed from the
したがって、負荷インピーダンスZaと信号源インピーダンスZsとの整合状態を評価するために一般的に用いられる反射係数Γは、[数10]で表される。 Therefore, the reflection coefficient Γ generally used for evaluating the matching state between the load impedance Za and the signal source impedance Zs is expressed by [Equation 10].
そして、整合状態の指標として、反射係数Γ>10dBを用いた場合、この指標を満足する配電路の系統数mおよびトランスTrの巻数比Nは、[数11]に示す範囲内になる。 When the reflection coefficient Γ> 10 dB is used as an index of the matching state, the number m of distribution lines satisfying this index and the turn ratio N of the transformer Tr are within the range shown in [Equation 11].
すなわち、配電路の系統数mは、トランスTrの巻数比N2の約1倍までの範囲内で設けることができる。例えば、配電路の系統数mを「10」とすると、トランスTrの巻数Nは、N<3.29になる。 That is, the number m of distribution lines can be provided within a range up to about 1 times the turn ratio N 2 of the transformer Tr. For example, if the number of distribution lines m is “10”, the number of turns N of the transformer Tr is N <3.29.
次に、トランスTrの巻数比Nを固定した場合に、配電路の系統数mが取り得る範囲を図6のテーブルに示す。図6において、N1は、トランスTrの一次巻線Tr1の巻数、N2は、トランスTrの二次巻線Tr2の巻数、Nは、トランスTrの巻数比、Zbは、Zc=75Ωの場合にトランスTrの一次側から負荷側をみたインピーダンスを示す。また、最大分岐数は、[数11]を満足する範囲で配電路の系統数mがとり得る最大値を示す。 Next, the table of FIG. 6 shows the possible range of the number m of distribution paths when the turn ratio N of the transformer Tr is fixed. In FIG. 6, N1 is the number of turns of the primary winding Tr1 of the transformer Tr, N2 is the number of turns of the secondary winding Tr2 of the transformer Tr, N is the turns ratio of the transformer Tr, and Zb is the transformer when Zc = 75Ω. The impedance when the load side is seen from the primary side of Tr is shown. Further, the maximum number of branches indicates the maximum value that can be taken by the number m of distribution lines within a range satisfying [Equation 11].
したがって、配電路の系統数mを最大分岐数以下の範囲内に設定することによって、負荷インピーダンスZaと信号源インピーダンスZsとを整合させることができ、通信信号の電力伝達効率を高くすることができる。また、配電路の系統数mに最小分岐数が存在しないため、分電盤1、および分電盤1を用いた直流配電システムの設計に有利である。
Therefore, the load impedance Za and the signal source impedance Zs can be matched by setting the system number m of the distribution path within the range of the maximum number of branches or less, and the power transmission efficiency of the communication signal can be increased. . Further, since there is no minimum number of branches in the number m of distribution lines, it is advantageous for designing the
また、通信信号源31から直流負荷4までの経路における電力利得Gは、[数12]に示される。この[数12]に基づいて、図6における最大損失分岐数を求めている。
The power gain G in the path from the
また、分岐整合器S1〜S3のトランスTrの一次巻線Tr1に、調整抵抗を直列接続することによって、トランスTrの特性が理想的な特性になるように調整し、配電路の系統数mの低下を抑制することができる。例えば、図7に示すように、分岐整合器S11〜S1mのトランスTrの一次巻線Tr1に調整抵抗R11〜R1mを直列接続する。なお、実施形態2においても、この調整用抵抗を設けることによって同様の効果を奏し得る。 In addition, by adjusting an adjustment resistor in series with the primary winding Tr1 of the transformer Tr of the branch matching units S1 to S3, the characteristic of the transformer Tr is adjusted to be an ideal characteristic. The decrease can be suppressed. For example, as shown in FIG. 7, adjustment resistors R11 to R1m are connected in series to the primary winding Tr1 of the transformer Tr of the branch matching units S11 to S1m. In the second embodiment, the same effect can be obtained by providing this adjustment resistor.
(実施形態4)
図8は、本実施形態の分電盤1を用いた直流配電システムの構成を示す。
(Embodiment 4)
FIG. 8 shows a configuration of a DC power distribution system using the
本実施形態では、フィルタF2の負荷側出力に設けたDC/DCコンバータPS2が、直流電源2から幹線電路W1に供給された直流電圧を変換して、分岐電路W22に供給する。さらに、フィルタF3の負荷側出力に設けたDC/DCコンバータPS3が、直流電源2から幹線電路W1に供給された直流電圧を変換して、分岐電路W23に供給する。すなわち、分岐電路W21,W22,W23のそれぞれの電圧が異なる。
In the present embodiment, the DC / DC converter PS2 provided at the load side output of the filter F2 converts the DC voltage supplied from the
このような構成では、通信装置3が、3本の個別の通信線を介して分岐電路W21,W22,W23に通信信号を重畳させた場合(図1の通信線L1〜L3参照)、通信装置3は、分岐電路W21,W22,W23の電位差に対応する必要がある。すなわち、通信装置3の通信信号源31は、絶縁耐圧の高い部品を使う必要があり、高コスト化の要因となる。また絶縁耐圧の高い部品は一般にサイズが大きく、通信信号源31の大型化を招くため、通信装置3を分電盤1内に収納した場合、分電盤1の設置面積が増大し、さらには分電盤1のデザインに制約が生じてしまう。
In such a configuration, when the
そこで、分岐電路W21−W22間にコンデンサC1を接続し、分岐電路W22−W23間にコンデンサC2を接続することによって、分岐電路W21−W22−W23間を高周波的に接続する。このコンデンサC1,C2(結合素子)の容量は、通信信号の周波数帯域に対して十分低いインピーダンスになるように設定される。 Therefore, by connecting the capacitor C1 between the branch electric circuits W21-W22 and connecting the capacitor C2 between the branch electric circuits W22-W23, the branch electric circuits W21-W22-W23 are connected at high frequency. The capacitances of the capacitors C1 and C2 (coupling elements) are set so as to have a sufficiently low impedance with respect to the frequency band of the communication signal.
そして、通信装置3は、通信線L1を介して分岐電路W21にのみ通信信号を重畳させることによって、通信信号源31は、分岐電路W21の電圧にのみ対応すればよく、通信信号源31の低コスト化および小型化を図ることができる。さらに、通信装置3を分電盤1内に収納した場合、分電盤1の設置面積の増大分を抑制でき、分電盤1のデザインに生じる制約も抑制することができる。
Then, the
そして、分岐電路W21−W22−W23間は、コンデンサC1,C2によって高周波的に接続しているので、分岐電路W21に重畳された通信信号は、コンデンサC1,C2を通って分岐電路W22,W23にも重畳される。したがって、通信装置3は、配電路W31〜W33上の直流負荷4との間で通信を行うことができる。
Since the branch electric circuits W21-W22-W23 are connected at high frequency by the capacitors C1, C2, the communication signal superimposed on the branch electric circuit W21 passes through the capacitors C1, C2 to the branch electric circuits W22, W23. Are also superimposed. Therefore, the
なお、分岐電路W21−W22−W23間は、絶縁トランスで互いに結合させてもよく、この場合、絶縁トランスが、通信信号の周波数帯域に対して十分低いインピーダンスを有する結合素子に相当する。 The branch electric circuits W21-W22-W23 may be coupled to each other by an insulating transformer. In this case, the insulating transformer corresponds to a coupling element having sufficiently low impedance with respect to the frequency band of the communication signal.
なお、実施形態3と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to
1 分電盤
F1〜F3 フィルタ
K11〜K1m 分岐開閉器
K21〜K2m 分岐開閉器
K31〜K3m 分岐開閉器
2 直流電源
3 通信装置
4 直流負荷
W1 幹線電路
W21〜W23 分岐電路
W311〜W31m 配電路
W321〜W32m 配電路
W331〜W33m 配電路
L1〜L3 通信線
1 Distribution board F1 to F3 filter K11 to K1m Branch switch K21 to K2m Branch switch K31 to
Claims (3)
前記分岐電路のそれぞれに設けられて、前記分岐電路のそれぞれから、負荷を接続した配電路への電力供給を導通・遮断する分岐開閉器と、
前記複数の分岐電路のうち少なくとも1つの分岐電路に接続し、この接続した分岐電路に重畳させる通信信号を伝送する通信線と、
前記通信線と前記分岐電路との接続点と、前記直流電源との間の電路に設けられて、少なくとも前記通信信号の周波数帯域を阻止域とするフィルタと、
前記分岐開閉器の負荷側出力と前記負荷との間に設けられて、前記負荷側の出力インピーダンスが前記配電路の特性インピーダンスと整合し、前記分岐開閉器側の入力インピーダンスが前記負荷のインピーダンスより大きい整合回路と
を備えることを特徴とする分電盤。 A plurality of branch circuits for branching DC power supplied from a DC power source into a plurality of systems;
A branch switch that is provided in each of the branch circuits, and that conducts and cuts off the power supply from each of the branch circuits to a distribution circuit connected to a load;
A communication line connected to at least one branch circuit among the plurality of branch circuits and transmitting a communication signal to be superimposed on the connected branch circuit;
A connection point between the communication line and the branch circuit, and a filter provided in a circuit between the DC power source and having at least a frequency band of the communication signal as a stop band ;
Provided between the load-side output of the branch switch and the load, the output impedance on the load side matches the characteristic impedance of the distribution line, and the input impedance on the branch switch side is more than the impedance of the load A distribution board comprising a large matching circuit .
前記通信信号源のインピーダンスに整合する終端器を前記分岐電路に設けることを特徴とする請求項1記載の分電盤。2. The distribution board according to claim 1, wherein a terminator that matches the impedance of the communication signal source is provided in the branch circuit.
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