JP7472768B2 - Reactor structure of power conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に用いられるリアクトルに係り、出力電流の低リプル化が可能なリアクトルの構造に関する。 The present invention relates to a reactor used in a power conversion device, and to a reactor structure that can reduce the ripple of the output current.
従来、例えば特許文献1に記載の電力変換装置(電力コンバータシステム)では、複数のDC-DC変換器を直列もしくは並列に接続しており、変換器を直列に接続することで高耐圧化および低リプル化、並列に接続することで大容量化、低リプル化を実現している。 Conventionally, for example, in a power conversion device (power converter system) described in Patent Document 1, multiple DC-DC converters are connected in series or parallel, and connecting the converters in series achieves high voltage resistance and low ripple, while connecting them in parallel achieves high capacity and low ripple.
しかし、回路上の部品やケーブルなどに生じる対地との寄生静電容量などを通じてリプル電流が発生し、出力に高調波が流出してしまう問題が生じる。特に、図5に示す構成(特許文献1の図8に記載の構成)の場合、この影響が顕著となる。 However, a problem occurs in that ripple currents are generated through parasitic capacitance to ground that occurs in components and cables on the circuit, causing harmonics to leak into the output. This effect is particularly noticeable in the configuration shown in Figure 5 (the configuration shown in Figure 8 of Patent Document 1).
図5において、10は再生可能エネルギー発電所、14はコンバータシステム、22は配電網側DC-DCコンバータである。複数の再生可能エネルギー源(風力発電機)12の出力側は、複数のコンバータユニット18および保護スイッチ30を介して1つのDC配電バス20に接続されて、1つのコンバータシステム14が構成されている。
In FIG. 5, 10 is a renewable energy power plant, 14 is a converter system, and 22 is a DC-DC converter on the power distribution grid side. The output sides of multiple renewable energy sources (wind turbines) 12 are connected to one
コンバータシステム14の各コンバータユニット18は、再生可能エネルギー源12からのAC電圧をDC電圧へ変換するAC-DCコンバータ24と、AC-DCコンバータ24の出力電圧からDC配電バス20の所望の電圧へ昇圧するDC-DCコンバータ26、28とを有している。
Each
配電網側DC-DCコンバータ22は、直列接続された2個の半導体スイッチング素子33、34と、半導体スイッチング素子33および34の共通接続点に接続されたリアクトル35を有し、半導体スイッチング素子33、34の直列回路の両端は前記DC配電バス20に接続されている。
The power grid side DC-
前記コンバータシステム14および配電網側DC-DCコンバータ22は複数設けられ、各配電網側DC-DCコンバータ22の出力側で各々接続されている。
The
各配電網側DC-DCコンバータ22の出力側は、隣接する2つの配電網側DC-DCコンバータ22の出力端間に直列に接続された2個の直流コンデンサ36、36および高電圧DC配電網16を介して図示省略の負荷に接続されている。
The output side of each grid-side DC-
32は、AC-DCコンバータ24および前記各DC-DCコンバータ22、26、28を制御するコントローラである。
32 is a controller that controls the AC-
図5の電力変換装置において、回路上の部品やケーブルなどによる対地との寄生静電容量などを通じてリプル電流が流れる電流経路を、図6とともに説明する。 In the power conversion device of Figure 5, the current path through which ripple current flows through parasitic capacitance to ground caused by components on the circuit and cables, etc., is explained with reference to Figure 6.
図6は図5の構成の一部を簡略化して図示しており、図5の隣接する2つの配電網側DC-DCコンバータ22、22を、半導体スイッチング素子33a、34aおよびリアクトル35aから成るDC-DCコンバータ22aと、半導体スイッチング素子33b、34bおよびリアクトル35bから成るDC-DCコンバータ22bとして表記している。
Figure 6 shows a simplified version of part of the configuration in Figure 5, with the two adjacent grid-side DC-
また、図5の直流コンデンサ36、36を直流コンデンサ36a、36bとして表記し、図5の隣接する2つのコンバータシステム14、14の出力側を直流コンデンサ14a、14bとして表記している。50は負荷であり、対地電圧は交流電圧源の記号で表記してある。
The
図6において、点線の矢印がリプル電流の流れる経路であり、負荷50内の電流経路にも寄生静電容量(図6の負荷50の右側に表記したコンデンサ記号)がある。
In Figure 6, the dotted arrows indicate the paths along which the ripple current flows, and the current paths within the
よって、対地電圧→負荷50→負荷50内の寄生静電容量→接地の経路や、対地電圧→直流コンデンサ36a、36b→負荷50→負荷50内の寄生静電容量→接地の経路でリプル電流が流れる。
Therefore, ripple current flows through the path of voltage to ground →
同様に、負荷50内の寄生静電容量の一部を接地している場合にも、対地電圧→直流コンデンサ36b→負荷50→接地の経路でリプル電流が流れる。
Similarly, if part of the parasitic capacitance in the
図6の例ではN側(負極側)にリアクトルが存在しないためN側から対地へのインピーダンスが低く、電力変換器(DC-DCコンバータ22a、22b)が出力する対地に対する電圧成分により大きな電流が流れてしまう。この電流は負荷50にもリアクトルが存在しない場合、負荷50に対して電磁障害や、電流リプルによる発熱などの悪影響を与える危険性がある。
In the example of Figure 6, since there is no reactor on the N side (negative side), the impedance from the N side to ground is low, and a large current flows due to the voltage component to ground output by the power converter (DC-
リアクトルを分割し配置することで対策することも可能であるが、その場合他のリアクトルと同じ大きさの電流が流れるため、他のリアクトルと同等の断面積のコアが必要となってしまい、大型化してしまうという問題が生じる。 It is possible to address this issue by dividing the reactor into smaller parts, but in that case the current will flow in the same amount as the other reactors, so a core with the same cross-sectional area as the other reactors will be required, resulting in an increased size.
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、リアクトルの体積を大型化することなく、出力側に流出する電流リプルを低減することができる電力変換装置のリアクトル構造を提供することにある。 The present invention aims to solve the above problems, and its purpose is to provide a reactor structure for a power conversion device that can reduce the current ripple flowing to the output side without increasing the volume of the reactor.
上記課題を解決するための請求項1に記載の電力変換装置のリアクトル構造は、
複数の電力変換器を備えた電力変換装置のリアクトル構造であって、
複数の電力変換器を直列又は並列に接続した電力変換部の直流出力側を、電力変換部の正側出力端に接続される巻線と負側出力端に接続される巻線とを同一鉄心に巻回して構成したリアクトルを介して負荷に接続し、
前記電力変換部は、第1の直流電源の正、負極端間に直列に接続された第1および第2の半導体スイッチング素子を有した第1の電力変換器と、第2の直流電源の正、負極端間か、又は前記第1の直流電源の正、負極端間に直列に接続された第3および第4の半導体スイッチング素子を有した第2の電力変換器を備えていることを特徴とする。
The reactor structure of a power converter according to claim 1 for solving the above problem comprises:
A reactor structure of a power conversion device including a plurality of power converters,
a DC output side of a power conversion unit in which a plurality of power converters are connected in series or parallel is connected to a load via a reactor configured by windings connected to a positive output terminal and a negative output terminal of the power conversion unit, the windings being wound around the same iron core ;
The power conversion unit is characterized by comprising a first power converter having first and second semiconductor switching elements connected in series between the positive and negative terminals of a first DC power source, and a second power converter having third and fourth semiconductor switching elements connected in series between the positive and negative terminals of a second DC power source or between the positive and negative terminals of the first DC power source .
請求項2に記載の電力変換装置のリアクトル構造は、請求項1において、
前記負荷の両端間に直列に接続され、中点が接地されたコンデンサの直列回路を備え、
前記電力変換部は、前記第1の直流電源の正、負極端間に接続されたコンデンサと、前記第2の直流電源の正、負極端間に接続されたコンデンサと、を備え、前記第2の電力変換器の第3および第4の半導体スイッチング素子は、第2の直流電源の正、負極端間に直列に接続されており、
前記リアクトルは、四角形状の鉄心を1組の対辺の各々の略中央部位で1/2に分割して形成した第1鉄心部および第2鉄心部を備え、
前記第1鉄心部の一端側に巻回され、一端が前記第1の電力変換器の第1および第2の半導体スイッチング素子の共通接続点に接続され、他端が前記負荷の一端およびコンデンサの直列回路の一端に接続された第1巻線と、
前記第1鉄心部の他端側に、前記第1巻線で生じる磁束方向と逆方向の磁束が生じる方向に巻回され、一端が第2の電力変換器の負極端に、他端が前記負荷の他端およびコンデンサの直列回路の他端に接続された第2巻線と、
前記第2鉄心部の、前記第1巻線と対向する一端側に、前記第1巻線で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向に巻回され、一端が前記第1の電力変換器の負極端に接続された第3巻線と、
前記第2鉄心部の、前記第2巻線と対向する他端側に、前記第2巻線で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向であり、且つ第3巻線で生じる磁束と逆方向の磁束が生じる方向に巻回され、一端が前記第2の電力変換器の第3および第4の半導体スイッチング素子の共通接続点に接続され、他端が前記第3巻線の他端と接続された第4巻線と、を備えたことを特徴とする。
The reactor structure of the power conversion device according to claim 2 is the reactor structure according to claim 1,
a series circuit of capacitors connected in series across the load and having a midpoint grounded;
the power conversion unit includes a capacitor connected between the positive and negative terminals of the first DC power supply and a capacitor connected between the positive and negative terminals of the second DC power supply, and third and fourth semiconductor switching elements of the second power converter are connected in series between the positive and negative terminals of the second DC power supply,
The reactor includes a first core portion and a second core portion formed by dividing a rectangular core into halves at approximately the center of each of a pair of opposite sides,
a first winding wound around one end of the first core portion, one end of the first winding being connected to a common connection point of first and second semiconductor switching elements of the first power converter, and the other end of the first winding being connected to one end of the load and one end of a series circuit of a capacitor;
a second winding wound around the other end of the first core portion in a direction that generates a magnetic flux in a direction opposite to the direction of the magnetic flux generated by the first winding, one end of which is connected to a negative terminal of a second power converter and the other end of which is connected to the other end of the load and the other end of the series circuit of a capacitor;
a third winding wound around one end of the second core portion facing the first winding in a direction that generates a magnetic flux that strengthens the magnetic flux generated by the first winding, and having one end connected to a negative pole terminal of the first power converter;
the second core portion is provided with a fourth winding wound on the other end side opposite to the second winding in a direction that generates a magnetic flux that strengthens the magnetic flux generated in the second winding and is opposite to the magnetic flux generated in the third winding, one end of which is connected to a common connection point of the third and fourth semiconductor switching elements of the second power converter and the other end of which is connected to the other end of the third winding.
請求項3に記載の電力変換装置のリアクトル構造は、請求項1において、
前記電力変換部は、前記第1の直流電源の正、負極端間に接続されたコンデンサと、前記第2の直流電源の正、負極端間に接続されたコンデンサと、前記第1の電力変換器に形成された第1出力端と、前記第2の電力変換器に形成された第2出力端とを備え、
前記電力変換部の第1出力端と第2出力端の間にコンデンサを直列に接続したコンデンサの直列回路を備え、
前記リアクトルは、四角形状の鉄心を1組の対辺の各々の略中央部位で1/2に分割して形成した第1鉄心部および第2鉄心部を備え、
前記第1鉄心部の中央部に巻回され、一端が前記電力変換部の第1出力端に接続され、他端が負荷の一端に接続された第1巻線と、
前記第2鉄心部の、前記第1巻線と対向する中央部に、前記第1巻線で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向に巻回され、一端が負荷の他端に接続され、他端が前記電力変換部の第2出力端に接続された第2巻線と、を備えたことを特徴とする。
The reactor structure of the power conversion device according to claim 3 is the reactor structure according to claim 1,
the power conversion unit includes a capacitor connected between a positive terminal and a negative terminal of the first DC power supply, a capacitor connected between a positive terminal and a negative terminal of the second DC power supply, a first output terminal formed in the first power converter, and a second output terminal formed in the second power converter;
a capacitor series circuit in which a capacitor is connected in series between a first output terminal and a second output terminal of the power conversion unit,
The reactor includes a first core portion and a second core portion formed by dividing a rectangular core into halves at approximately the center of each of a pair of opposite sides,
a first winding wound around a central portion of the first core portion, one end of the first winding being connected to a first output terminal of the power conversion unit and the other end being connected to one end of a load;
The second core portion is provided with a second winding wound in a central portion facing the first winding in a direction that generates a magnetic flux that strengthens the magnetic flux generated in the first winding, one end of which is connected to the other end of the load and the other end of which is connected to a second output terminal of the power conversion unit.
請求項4に記載の電力変換装置のリアクトル構造は、請求項2又は3において、
前記鉄心の、分割した第1鉄心部と第2鉄心部の境界部位にはギャップが形成されていることを特徴とする。
The reactor structure of the power conversion device according to claim 4 is the reactor structure according to claim 2 or 3,
The core is characterized in that a gap is formed at a boundary between the divided first core portion and second core portion.
(1)請求項1~4に記載の発明によれば、電力変換部の出力側と負荷の間のリアクトルを、分割した巻線を同一鉄心に巻回して構成したので、回路の対地に対するインピーダンスを等しくすることができ、リアクトルの体積を大型化することなく、出力側に流出する電流リプルを低減することができる。
(2)請求項4に記載の発明によれば、ギャップにより生じる漏れインダクタンスによって、コモンモード電圧により生じる対地電流に対しても抑制効果を発揮することが可能となる。
(1) According to the inventions recited in claims 1 to 4, the reactor between the output side of the power conversion unit and the load is constructed by winding separate windings around the same iron core. This makes it possible to equalize the impedance of the circuit to ground and reduce the current ripple flowing out to the output side without increasing the volume of the reactor.
(2) According to the invention as set forth in claim 4, the leakage inductance caused by the gap can also have a suppressing effect on the ground current caused by the common mode voltage.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本発明の実施形態では、巻線を分割し且つ磁気結合させることでリアクトルの体積を大型化することなく出力側に流出する電流リプルを低減できるリアクトルの結線方式及び構造を提案する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment. In the embodiment of the present invention, a reactor connection method and structure are proposed that can reduce the current ripple flowing to the output side without increasing the volume of the reactor by dividing and magnetically coupling the windings.
図1は実施例1を用いた回路構成を示し、図2は図1を達成するためのリアクトルの構成例を示している。図1において、100は第1の電力変換器101および第2の電力変換器102を備えた電力変換部である。
Figure 1 shows a circuit configuration using Example 1, and Figure 2 shows an example of a reactor configuration for achieving Figure 1. In Figure 1, 100 is a power conversion unit equipped with a
第1の電力変換器101は、図示省略の第1の直流電源の正、負極端間に接続された直流コンデンサ14aおよび該コンデンサ14aの両端間に直列に接続された第1および第2の半導体スイッチング素子33a、34aを有している。
The
第2の電力変換器102は、図示省略の第2の直流電源の正、負極端間に接続された直流コンデンサ14bおよび該コンデンサ14bの両端間に直列に接続された第3および第4の半導体スイッチング素子33b、34bを有している。
The
電力変換部100の出力側は、図2に示すようにコア60(鉄心)に4分割した巻線を巻回して構成したリアクトルの、各巻線81~84の各一端に接続されている。
The output side of the
第1巻線81の他端と第2巻線82の他端の間には、直流コンデンサ36aおよび36bの直列回路が接続されている。直流コンデンサ36aおよび36bの直列回路の中点は接地され、両端間には図示省略の負荷が接続されている。
A series circuit of
図1の第1~第4巻線81~84の各端子の記号a,b,c,d,e,f,g,hは図2の記号に対応している。
The symbols a, b, c, d, e, f, g, and h for each terminal of the first to
リアクトルの構成を示す図2において、60は四角形状のコア(鉄心)であり、1組の対辺の各々の略中央部位で1/2に分割して第1コア部61(第1鉄心部)および第2コア部62(第2鉄心部)を形成している。 In FIG. 2, which shows the reactor configuration, 60 is a rectangular core (iron core), which is divided in half at approximately the center of each pair of opposing sides to form a first core portion 61 (first iron core portion) and a second core portion 62 (second iron core portion).
70a,70bは、第1コア部61と第2コア部62の間に形成されたギャップである。尚、ギャップ70a,70bを設けない構成にしてもよい。
70a and 70b are gaps formed between the
第1コア部61の一端側には第1巻線81が巻回され、第1巻線81の一端aは第1および第2の半導体スイッチング素子33a,34aの共通接続点に接続され、他端bは直流コンデンサ36aおよび図示省略の負荷の一端に接続されている。
A first winding 81 is wound around one end of the
第1コア部61の他端側には、第1巻線81で生じる磁束方向と逆方向の磁束が生じる方向に第2巻線82が巻回されている。第2巻線82の一端gは第2の電力変換器102の負極端(第4の半導体スイッチング素子34bと直流コンデンサ14bの共通接続点)に接続され、他端hは直流コンデンサ36bおよび図示省力の負荷の他端に接続されている。
A second winding 82 is wound around the other end of the
第2コア部62の、前記第1巻線81と対向する一端側には、第1巻線81で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向に第3巻線83が巻回され、第3巻線83の一端cは第1の電力変換器101の負極端(第2の半導体スイッチング素子34aと直流コンデンサ14aの共通接続点)に接続されている。
A third winding 83 is wound around one end of the
第2コア部62の前記第2巻線82と対向する他端側には、第2巻線82で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向であり、且つ第3巻線83で生じる磁束と逆方向の磁束が生じる方向に第4巻線84が巻回されている。第4巻線84の一端eは第3および第4の半導体スイッチング素子33b、34bの共通接続点に接続され、他端fは第3巻線83の他端dと接続されている。
A fourth winding 84 is wound on the other end of the
上記のように一つのコア60に、分割した第1~第4巻線81~84を巻回して構成したリアクトルを図1の回路に接続することにより、対地に対するインピーダンスを等しくすることができるため、先行技術のようなリプル電流が流れることは防止される。このとき4つの巻線81~84で流れる電流は等しいため、コア60の断面積は、先行技術のものと同一のものを使用することができる。
As described above, by connecting a reactor formed by winding the divided first to
さらに、リアクトルのコア60にギャップ70a,70bを設けることにより、漏れインダクタンスが生じるが、この漏れインダクタンスによりコモンモード電圧により生じる対地電流に対しても抑制効果を発揮することが可能となる。
Furthermore, by providing
以上のように、コア寸法を大型化することなく対地や負荷に流れる電流リプルを低減できるリアクトルを提供することができる。 As described above, it is possible to provide a reactor that can reduce the current ripple flowing to the ground or load without increasing the core dimensions.
負荷がバッテリのような電圧源であり、電力変換器を電流源として動作させる場合においては、電流を制御するためのリアクトルは負荷側に設置する必要がある。 When the load is a voltage source such as a battery and the power converter is operated as a current source, a reactor for controlling the current must be installed on the load side.
図3は、負荷側にリアクトルを設置して構成した電力変換装置に本発明を適用した実施例2を示し、(a)は全体の回路構成図、(b)は電力変換器の構成例1の回路図、(c)は電力変換器の構成例2の回路図であり、図1と同一部分は同一符号をもって示している。 Figure 3 shows Example 2 in which the present invention is applied to a power conversion device configured with a reactor installed on the load side, where (a) is an overall circuit diagram, (b) is a circuit diagram of power converter configuration example 1, and (c) is a circuit diagram of power converter configuration example 2, and parts that are the same as those in Figure 1 are indicated with the same reference numerals.
図3(a)において、電力変換部200の直流出力側の第1出力端201と第2出力端202の間には直流コンデンサ36a,36bの直列回路が接続されている。
In FIG. 3(a), a series circuit of
第1出力端201および直流コンデンサ36aの共通接続点は本発明のリアクトルを構成する第1巻線91を介して電圧源としての負荷150の正極端に接続されている。
The common connection point of the
第2出力端202および直流コンデンサ36bの共通接続点は本発明のリアクトルを構成する第2巻線92を介して負荷150の負極端に接続されている。
The common connection point of the
直流コンデンサ36a,36bの直列回路の中点は負荷150に接続され、負荷150内で接地されている。
The midpoint of the series circuit of
電力変換部200の構成例1を示す図3(b)において、第1の電力変換器101の第1および第2の半導体スイッチング素子33a,34aの共通接続点はリアクトル211を介して第1出力端201に接続され、第2の電力変換器102の第4の半導体スイッチング素子34bおよび直流コンデンサ14bの共通接続点はリアクトル212を介して第2出力端202に接続されている。
In FIG. 3(b) showing a configuration example 1 of the
前記第2の半導体スイッチング素子34aおよび直流コンデンサ14aの共通接続点と、第3および第4の半導体スイッチング素子33b、34bの共通接続点との間は、リアクトル213および214を介して接続されている。
The common connection point of the second
電力変換部200の構成例2を示す図3(c)において、第2の電力変換器102の入力側は第1の電力変換器101の入力側(直流コンデンサ14aの両端間)に接続されている。
In FIG. 3(c), which shows a configuration example 2 of the
第1の電力変換器101の第1および第2の半導体スイッチング素子33a,34aの共通接続点はリアクトル221を介して第1出力端201に接続され、第2の電力変換器102の第3および第4の半導体スイッチング素子33b、34bの共通接続点はリアクトル222を介して第2出力端202に接続されている。
The common connection point of the first and second
図3(a)のような構成の場合、リアクトルを2台に分割して設けることでインダクタンス成分を均等にすることができるが、その場合1台あたりに流れる電流の大きさは分割しても変わらないため、必要なコアの断面積も変わらない。したがってリアクトルを2台に分割することにより装置が大型化してしまうという問題が生じる。 In the case of a configuration like that shown in Figure 3(a), the inductance components can be made equal by dividing the reactor into two units, but in that case, the amount of current flowing through each unit does not change even if it is divided, so the cross-sectional area of the required core does not change either. Therefore, dividing the reactor into two units creates the problem of the device becoming larger.
さらにリアクトルが分割されるため据え付け時の状態(配線経路等)により対地への静電容量成分や対地までのインダクタンス成分が異なってしまうため、電力変換器から印加されるコモンモード電圧によって流れる電流アンバランスが生じてしまう。この電流は負荷(150)である電圧源を通して対地に流れるため負荷の異常発熱などを引き起こす危険性がある。 Furthermore, because the reactor is divided, the capacitance component to ground and the inductance component to ground differ depending on the installation state (wiring path, etc.), which causes an imbalance in the current flow due to the common mode voltage applied from the power converter. This current flows to ground through the voltage source, which is the load (150), and there is a risk of causing abnormal heating of the load.
本実施例2では上述の問題を解決することができるリアクトルを図4のように構成した。 In this second embodiment, a reactor that can solve the above problems is configured as shown in Figure 4.
図3(a)の第1巻線91、第2巻線92の各端子の記号a,b,c,dは図4の記号に対応している。図4において、60は四角形状のコア(鉄心)であり、1組の対辺の各々の略中央部位で1/2に分割して第1コア部61(第1鉄心部)および第2コア部62(第2鉄心部)を形成している。 The symbols a, b, c, and d of the terminals of the first winding 91 and the second winding 92 in Fig. 3(a) correspond to the symbols in Fig. 4. In Fig. 4, 60 is a rectangular core (iron core), which is divided in half at approximately the center of each pair of opposing sides to form a first core portion 61 (first iron core portion) and a second core portion 62 (second iron core portion).
70a,70bは、第1コア部61と第2コア部62の間に形成されたギャップである。尚、ギャップ70a,70bを設けない構成にしてもよい。
70a and 70b are gaps formed between the
第1コア部61の中央部には第1巻線91が巻回され、第1巻線91の一端aは電力変換部200の第1出力端201および直流コンデンサ36aに接続され、他端bは負荷150の一端(正極端)に接続されている。
A first winding 91 is wound around the center of the
第2コア部62の、前記第1巻線91と対向する中央部には、第1巻線91で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向に第2巻線92が巻回され、第2巻線92の一端cは負荷150の他端(負極端)に接続され、他端dは電力変換部200の第2出力端202および直流コンデンサ36bに接続されている。
A second winding 92 is wound around the center of the
図4のように一つのコア60に第1、第2巻線91、92を巻回することにより、据え付け時の対地に対する静電容量及びインダクタンス成分を等しくすることができるため上述した問題を回避することができる。
By winding the first and
そのうえ鉄心(コア60)を共通化することができるため、リアクトルの体積を大型化しなくとも構成可能であり、リアクトルのコア(60)にギャップ70a,70bを設けることで生じる漏れインダクタンスによって、コモンモード電圧により生じる対地電流に対しても抑制効果を発揮することが可能となる。
In addition, because the iron core (core 60) can be made common, the reactor can be constructed without increasing its volume, and the leakage inductance created by providing
以上のように、コア寸法を大型化することなく対地や負荷に流れる電流リプルを低減できるリアクトルを提供できる。 As described above, it is possible to provide a reactor that can reduce the current ripple flowing to the ground or load without increasing the core dimensions.
14a、14b、36a、36b…直流コンデンサ
33a、33b、34a、34b…半導体スイッチング素子
50、150…負荷
60…コア
61…第1コア部
62…第2コア部
70a,70b…ギャップ
81、91…第1巻線
82、92…第2巻線
83…第3巻線
84…第4巻線
100、200…電力変換部
101…第1の電力変換器
102…第2の電力変換器
201…第1出力端
202…第2出力端
Claims (4)
複数の電力変換器を直列又は並列に接続した電力変換部の直流出力側を、電力変換部の正側出力端に接続される巻線と負側出力端に接続される巻線とを同一鉄心に巻回して構成したリアクトルを介して負荷に接続し、
前記電力変換部は、第1の直流電源の正、負極端間に直列に接続された第1および第2の半導体スイッチング素子を有した第1の電力変換器と、第2の直流電源の正、負極端間か、又は前記第1の直流電源の正、負極端間に直列に接続された第3および第4の半導体スイッチング素子を有した第2の電力変換器を備えていることを特徴とする電力変換装置のリアクトル構造。 A reactor structure of a power conversion device including a plurality of power converters,
a DC output side of a power conversion unit in which a plurality of power converters are connected in series or parallel is connected to a load via a reactor configured by windings connected to a positive output terminal and a negative output terminal of the power conversion unit, the windings being wound around the same iron core ;
The power conversion unit includes a first power converter having first and second semiconductor switching elements connected in series between positive and negative terminals of a first DC power source, and a second power converter having third and fourth semiconductor switching elements connected in series between the positive and negative terminals of a second DC power source or between the positive and negative terminals of the first DC power source .
前記電力変換部は、前記第1の直流電源の正、負極端間に接続されたコンデンサと、前記第2の直流電源の正、負極端間に接続されたコンデンサと、を備え、前記第2の電力変換器の第3および第4の半導体スイッチング素子は、第2の直流電源の正、負極端間に直列に接続されており、
前記リアクトルは、四角形状の鉄心を1組の対辺の各々の略中央部位で1/2に分割して形成した第1鉄心部および第2鉄心部を備え、
前記第1鉄心部の一端側に巻回され、一端が前記第1の電力変換器の第1および第2の半導体スイッチング素子の共通接続点に接続され、他端が前記負荷の一端およびコンデンサの直列回路の一端に接続された第1巻線と、
前記第1鉄心部の他端側に、前記第1巻線で生じる磁束方向と逆方向の磁束が生じる方向に巻回され、一端が第2の電力変換器の負極端に、他端が前記負荷の他端およびコンデンサの直列回路の他端に接続された第2巻線と、
前記第2鉄心部の、前記第1巻線と対向する一端側に、前記第1巻線で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向に巻回され、一端が前記第1の電力変換器の負極端に接続された第3巻線と、
前記第2鉄心部の、前記第2巻線と対向する他端側に、前記第2巻線で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向であり、且つ第3巻線で生じる磁束と逆方向の磁束が生じる方向に巻回され、一端が前記第2の電力変換器の第3および第4の半導体スイッチング素子の共通接続点に接続され、他端が前記第3巻線の他端と接続された第4巻線と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置のリアクトル構造。 a series circuit of capacitors connected in series across the load and having a midpoint grounded;
the power conversion unit includes a capacitor connected between the positive and negative terminals of the first DC power supply and a capacitor connected between the positive and negative terminals of the second DC power supply, and third and fourth semiconductor switching elements of the second power converter are connected in series between the positive and negative terminals of the second DC power supply,
The reactor includes a first core portion and a second core portion formed by dividing a rectangular core into halves at approximately the center of each of a pair of opposite sides,
a first winding wound around one end of the first core portion, one end of the first winding being connected to a common connection point of first and second semiconductor switching elements of the first power converter, and the other end of the first winding being connected to one end of the load and one end of a series circuit of a capacitor;
a second winding wound around the other end of the first core portion in a direction that generates a magnetic flux in a direction opposite to the direction of the magnetic flux generated by the first winding, one end of which is connected to a negative terminal of a second power converter and the other end of which is connected to the other end of the load and the other end of the series circuit of a capacitor;
a third winding wound around one end of the second core portion facing the first winding in a direction that generates a magnetic flux that strengthens the magnetic flux generated by the first winding, and one end of the third winding connected to a negative pole terminal of the first power converter;
2. The reactor structure of the power conversion device according to claim 1, further comprising: a fourth winding wound on the other end side of the second core portion facing the second winding in a direction to generate a magnetic flux that strengthens the magnetic flux generated in the second winding and is opposite to the magnetic flux generated in the third winding, one end of which is connected to a common connection point of third and fourth semiconductor switching elements of the second power converter and the other end of which is connected to the other end of the third winding.
前記電力変換部の第1出力端と第2出力端の間にコンデンサを直列に接続したコンデンサの直列回路を備え、
前記リアクトルは、四角形状の鉄心を1組の対辺の各々の略中央部位で1/2に分割して形成した第1鉄心部および第2鉄心部を備え、
前記第1鉄心部の中央部に巻回され、一端が前記電力変換部の第1出力端に接続され、他端が負荷の一端に接続された第1巻線と、
前記第2鉄心部の、前記第1巻線と対向する中央部に、前記第1巻線で生じる磁束を強める方向の磁束が生じる方向に巻回され、一端が負荷の他端に接続され、他端が前記電力変換部の第2出力端に接続された第2巻線と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置のリアクトル構造。 the power conversion unit includes a capacitor connected between a positive terminal and a negative terminal of the first DC power supply, a capacitor connected between a positive terminal and a negative terminal of the second DC power supply, a first output terminal formed in the first power converter, and a second output terminal formed in the second power converter;
a capacitor series circuit in which a capacitor is connected in series between a first output terminal and a second output terminal of the power conversion unit,
The reactor includes a first core portion and a second core portion formed by dividing a rectangular core into halves at approximately the center of each of a pair of opposite sides,
a first winding wound around a central portion of the first core portion, one end of the first winding being connected to a first output terminal of the power conversion unit and the other end being connected to one end of a load;
2. The reactor structure of the power conversion device according to claim 1, further comprising: a second winding wound in a central portion of the second core portion facing the first winding in a direction in which a magnetic flux is generated that strengthens the magnetic flux generated in the first winding, one end of which is connected to the other end of a load and the other end of which is connected to a second output terminal of the power conversion unit.
4. The reactor structure for a power converter according to claim 2, wherein a gap is formed at a boundary between the divided first core portion and second core portion of the core.
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