KR20220028105A - 변환기 장치 - Google Patents
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Abstract
변환기 장치 (10A) 는 전기적으로 상호연결된 모듈들 (12A, 14A, 16A, 18A, 20A, 22A) 의 적어도 하나의 제 1 스트링 및 제 1 및 제 2 스크린 (24A, 26A) 을 포함하고, 여기서 제 1 스크린 (24A) 은 제 1 정의된 전위에 연결되고 적어도 하나의 제 1 모듈 (14A) 을 포함하는 제 1 스트링에서의 모듈들의 제 1 그룹 (G1A) 에 인접하여 배치되고, 제 2 스크린 (26A) 은 제 2 정의된 전위에 연결되고 적어도 하나의 제 2 모듈 (18A) 을 포함하는 제 1 스트링에서의 모듈들의 제 2 그룹 (G2A) 에 인접하여 배치되고, 동작 시, 제 1 모듈 (14A) 로부터 제 1 및 제 2 스크린들 (24A, 26A) 및 제 2 모듈 (18A) 을 통해 다시 제 1 모듈 (14A) 로의 공진 루프가 생성되고, 변환기 장치는 공진 루프에, 전자기 잡음을 댐핑하도록 설정된 댐핑 유닛 (32A) 을 더 포함한다.
Description
본 발명은 전기적으로 상호연결된 모듈들의 적어도 하나의 스트링을 포함하는 변환기 장치에 관한 것이다.
요즘, 고전압 직류 전류 (High Voltage Direct Current; HVDC) 및 FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) 애플리케이션들을 위한 변환기 서브스테이션 (converter substation) 들은, 통상적으로 많은 직렬로 연결된 스위칭 셀들을 포함하는 전압 소스 변환기들 (VSC) 에 기초한다. 반도체 스위치들을 포함하는 스위칭 셀들은, 통상적으로 소위 밸브 홀들에 배치되는, 소위 밸브 구조들 (또한 밸브 타워들) 또는 소위 전력 전자 빌딩 블록들 (power electronic building blocks; PEBB들) 에 배열될 수 있다. 다양한 이유로, PEBB들 또는 셀들 스택들은 스위칭 셀들과 동일한 또는 유사한 전압 전위에 연결된, 전기 전도성 구조들에 의해 둘러싸일 수 있다. 이들 둘러싸인 구조들은 다음의 가능한 기능들을 갖는다:
고전압 변환기들에서, 둘러싸인 구조들은 전기장-형성 (electric field-shaping) 엘리먼트들 또는 코로나 쉴드들 (Corona shields) 의 역할을 한다. 전기장-형성이 덜 중요한 중간 전압 변환기들에서는, PEBB 인클로저 (enclosure) 들이 주로 기계적 지지 기능을 갖는다.
저항기들은 밸브 구조들과 코로나 쉴드들 사이에 연결된 것으로 알려져 있으며, 예를 들어, WO 2018/177515 및 US 2009/0266605 를 참조하며, 양자 모두의 경우들에서, 그들의 사용은 코로나 방전과 연결된다.
셀들 내의 전력-반도체들의 스위칭 이벤트들은 고주파수 전류들을 생성하여 상당한 광대역 전자기 잡음을 야기한다. 이 잡음은 밸브 홀 밖으로 전파될 수도 있고 그것은 전자기 양립성 (electromagnetic compatibility; EMC) 이슈들을 야기할 수 있는 서브스테이션 부근의 2 차 전자 시스템들을 간섭할 수도 있다.
스위칭에 의해 생성된 전자기 잡음은 통상적으로, 서브스테이션들의 AC- 또는 DC-야드들 (yards) 에 필터 회로들을 도입함으로써 또는 메인 변환기 전류 경로들에 고주파수 댐핑 디바이스들을 도입함으로써, 시스템 레벨로 필터링된다.
이러한 전자기 간섭 (EMI) 필터링 컴포넌트들은 통상적으로 부피가 크고, 무겁고, 고가이며, 종종 추가 공간을 필요로 한다. 이러한 필터들에서 사용되는 컴포넌트들은 주어진 요건들을 준수하도록 특별히 설계된다; 그것들은 규격품으로 취해지지 않는다. 따라서, 재료 및 엔지니어링의 비용도 상당할 수 있다.
메인 전류 경로들에서의 댐핑 디바이스들은 전체 저주파수 전류를 운반하면서 고주파수 필터링을 제공하도록 설계되어야 한다. 따라서, 자성 재료들의 사용은 전체 전류 부하 하에서 포화를 회피하기 위해 매우 신중한 설계 및 통상적으로 큰 코어들을 필요로 한다.
따라서, EMI 댐핑과 관련하여 개선들을 제공할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 하나의 목적은 변환기 장치 외부에 추가적인 댐핑 또는 필터링 장비의 필요 없이 변환기 장치에서 전자기 잡음의 댐핑을 제공하는 것이다.
이 목적은 제 1 양태에 따르면, 변환기 장치를 통해 달성되며, 그 변환기 장치는, 전기적으로 상호연결된 모듈들의 적어도 하나의 제 1 스트링 및 제 1 및 제 2 스크린을 포함하고, 제 1 스크린은 제 1 정의된 전위에 연결되고 적어도 하나의 제 1 모듈을 포함하는 제 1 스트링에서의 모듈들의 제 1 그룹에 인접하여 배치되고, 제 2 스크린은 제 2 정의된 전위에 연결되고 적어도 하나의 제 2 모듈을 포함하는 제 1 스트링에서의 모듈들의 제 2 그룹에 인접하여 배치되고, 변환기 장치의 동작 시, 제 1 모듈로부터 제 1 및 제 2 스크린들 및 제 2 모듈을 통해 다시 제 1 모듈로의 공진 루프가 생성되고, 변환기 장치는 공진 루프에, 전자기 잡음을 댐핑하도록 설정된 댐핑 유닛을 더 포함한다.
각각의 모듈은 스위치들 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 컴포넌트들을 포함한다. 제 1 정의된 전위는 추가적으로 제 1 모듈과 제 1 스크린 사이의 제 1 전기 커넥션을 통해 제공될 수도 있고 제 2 정의된 전위는 제 2 모듈과 제 2 스크린 사이의 제 2 전기 커넥션을 통해 제공될 수도 있다. 제 1 및 제 2 스크린들은 추가적으로 서로 인접하여 배치되고 그들 사이의 부유 커패시턴스를 정의하는 갭에 의해 분리될 수도 있다.
공진 루프들은 부유 커패시턴스들 및 부유 인덕턴스들을 포함함이 명백하다. 댐핑 유닛은 따라서 예를 들어, 필터링에 의해, 범위 9 kHz - 6 GHz 에서 전자기 잡음을 댐핑할 수도 있다. 댐핑 유닛은 이 때문에 공진 루프의 부유 커패시턴스들 및 부유 인덕턴스들에 의해 정의된 주파수들에서 전자기 잡음을 댐핑 또는 필터링하도록 설정될 수도 있다.
제 1 변형에 따르면, 댐핑 유닛은 정의된 전위를 제공하는 그룹의 모듈과 그 전위가 제공되는 스크린 사이에 배치된 제 1 댐핑 유닛일 수도 있다.
모듈들의 그룹은 모듈들의 제 1 그룹이고 스크린은 제 1 스크린인 것이 가능하다. 제 1 댐핑 유닛은 이 경우에 제 1 모듈과 제 1 스크린 사이의 제 1 전기 커넥션에 배치 또는 연결될 수도 있다. 유사한 방식으로 제 2 모듈과 제 2 스크린 사이의 제 2 전기 커넥션에 댐핑 유닛이 배치되는 것도 가능하다.
제 2 변형에 따르면, 댐핑 유닛은 제 1 및 제 2 스크린들 사이에 배치된다. 댐핑 유닛은 보다 구체적으로 제 1 및 제 2 스크린들 사이에 연결될 수도 있다.
제 1 변형에 따른 댐핑 유닛 배치로, 정의된 전위를 제공하는 모듈과 이 정의된 전위를 수신할 스크린 사이의, 즉 그 전위가 제공되는 스크린에 대한, 전기 커넥션을 둘러싸는 자성 재료의 코어를 사용하여 제 1 댐핑 유닛을 실현하는 것이 가능하다. 추가적으로, 이 댐핑 유닛은 자성 재료의 코어 및 가능하게는 또한 그 코어에 연결된 저항기 주위에 감긴 코일을 포함하는 것이 가능하다.
제 1 변형에 따른 댐핑 유닛 배치로, 댐핑 유닛은 인덕터의 형태의 필터링 컴포넌트를 포함할 수도 있다.
제 2 변형에 따른 댐핑 유닛 배치로, 댐핑 유닛은 커패시터의 형태의 필터링 컴포넌트를 포함할 수도 있다.
양자 모두의 변형들에 따른 댐핑 유닛은 실제로 저항을 포함할 수도 있다. 저항은 댐핑 유닛의 유일한 엘리먼트일 수도 있다. 대안으로서, 댐핑 유닛은 인덕터 및/또는 커패시터를 포함할 수도 있다. 이러한 경우에, 댐핑 유닛은 저항 및 다른 필터 컴포넌트를 포함하는 필터일 수도 있고, 여기서 저항은 제 1 필터 컴포넌트를 사용하여 구현될 수도 있고, 이전에 언급된 인덕터 또는 이전에 언급된 커패시터 중 어느 하나인 다른 필터 컴포넌트는 제 2 필터 컴포넌트일 수도 있다.
제 1 필터 컴포넌트는, 제 2 필터 컴포넌트가 인덕터인 경우 제 2 필터 컴포넌트와 병렬로 연결될 수도 있다. 이것은 특히 제 1 변형의 경우이다. 제 1 필터 컴포넌트는, 제 2 필터 컴포넌트가 커패시터인 경우 제 2 필터 컴포넌트와 직렬로 연결될 수도 있다. 이것은 특히 제 2 변형의 경우이다.
추가적으로, 댐핑 유닛에, 대역 통과 (band-pass) 및 대역 저지 (band-stop) 필터링과 같은 향상된 필터링을 제공하기 위한 적어도 하나의 추가의 필터 컴포넌트를 갖는 것이 가능하다. 따라서 필터는 원하는 필터링 기능을 획득하기 위한 복수의 컴포넌트들을 포함할 수도 있다.
스크린은 통상적으로 전도성이며 예로서 알루미늄 또는 구리로 제조될 수도 있다. 이 경우에, 댐핑 유닛의 저항은 컴포넌트로서, 즉, 저항기로서 실현될 수도 있다. 그러나, 대안으로서, 댐핑 유닛의 저항은 반도체성인 스크린을 통해 실현될 수도 있다. 스크린은 예로서, 카본 블랙과 같은 전도성 필러를 포함하는, 열가소성 또는 열경화성 재료와 같은 복합재 (composite) 를 사용하여 실현될 수도 있다. 그것은 또한 저항성 코팅을 갖는 비전도성 재료로 제조될 수도 있으며, 이 경우에 코팅 층으로의 전기 커넥션이 이루어진다.
제 1 스트링은 서로 병렬로 배치되는, 제 1 및 제 2 전기적으로 상호연결되고 수평으로 정렬된 스택을 포함할 수도 있고, 모듈들의 제 1 및 제 2 그룹들은 각각 제 1 및 제 2 스택에 포함된다. 추가적으로 모듈들의 제 1 및 제 2 그룹들은 서로 수직으로 정렬되는 것이 가능하다.
변환기 장치는 교류 전류 (AC) 와 직류 전류 (DC) 사이에 변환하도록 구성될 수도 있다. 이 경우에, 변환기 장치는 2 개의 극 (pole) 들 사이에 또는 극과 접지 사이에 연결된 3 개의 위상 레그들에 모듈들의 3 개의 스트링들을 포함할 수도 있고 그 중간지점들이 3-상 AC 시스템의 위상들에 연결된다. 모듈들은 이 경우에 셀들 또는 서브모듈들일 수도 있다. 이 경우에, 제 1 및 제 2 스크린들은 제 1 스트링에서 모듈들의 이웃하는 그룹들에 대해 제공된 코로나 쉴드들일 수도 있고, 여기서 모듈들의 제 1 및 제 2 그룹들은 2 개의 이러한 이웃하는 그룹들이다.
다른 예로서, 변환기 장치는 AC 시스템에서 무효 전력 보상을 위해 제공될 수도 있다. 이 때문에, 변환기 장치는 AC 시스템의 위상들 사이에 3 개의 스트링들 또는 위상 레그들을 포함할 수도 있다. 스트링들은 위상들 사이에 델타- 또는 스타-연결될 수도 있다. 이 경우에, 모듈들은 전력 전자 빌딩 블록들 (PEBB들) 일 수도 있다. 이 변환기 장치에서, 제 1 및 제 2 스크린들은 모듈들의 이웃하는 제 1 및 제 2 그룹들에 대한 인클로저들이다. 스크린은 이 경우에 셀들 또는 서브모듈들의 형태의 모듈들의 그룹을 포함하는 PEBB 의 인클로저 또는 프레임일 수도 있다.
본 발명은 다수의 이점들을 갖는다. 본 발명은 외부 필터들 및 댐핑 회로들의 필요 없이 고주파수 전류들을 댐핑하고 따라서 EMI 를 감소시킨다. 더욱이, 댐핑 유닛은 많은 인스턴스들에서 변환기 장치 내의 이미 존재하는 공간들에 배치될 수도 있고 따라서 변환기 장치의 사이즈는 유지되거나 또는 약간만 증가될 수도 있다. 댐핑 유닛은 추가적으로 간단하고 경제적인 방식으로 실현될 수도 있다. 댐핑 유닛은 메인 전류 경로에 배치되지 않으며 따라서 낮은 줄 발열 (joule heating), 자기 포화 (magnetic saturation) 없음 등과 같은 고전류 운반 능력들을 위해 치수화될 필요가 없다.
본 발명은 하기에서 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서
도 1 은 제 1 타입의 변환기 장치의 제 1 변형의 위상 레그 및 그 안에 나타나는 공진 루프를 개략적으로 도시한다,
도 2 는 제 2 타입의 변환기 장치의 제 1 변형의 위상 레그 및 그 안에 나타나는 공진 루프를 개략적으로 도시한다,
도 3 은 셀들의 병렬 스택들을 갖는 제 1 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에서 발생하는 공진 루프들을 개략적으로 도시한다,
도 4 는 지그-재그 구성으로 배열된 셀들의 스트링을 갖는 제 2 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에서 발생하는 공진 루프들을 개략적으로 도시한다,
도 5 는 EMI 필터링을 제공하기 위한 제 1 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에 연결된 제 1 타입의 댐핑 유닛을 개략적으로 도시한다,
도 6 은 EMI 필터링을 제공하기 위한 제 2 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에 연결된 제 1 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 7 은 제 2 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에 연결된 제 1 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 8 은 EMI 필터링을 제공하기 위한 제 1 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에 연결된 제 2 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 9 는 EMI 필터링을 제공하기 위한 제 2 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에 연결된 제 2 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 10 은 제 2 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에 연결된 제 2 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 11 은 셀들의 병렬 스택들을 갖는 제 1 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에 연결된 추가적인 스크린들 및 댐핑 유닛들을 도시한다,
도 12a 는 제 1 타입의 댐핑 유닛의 제 1 구현을 도시한다,
도 12b 는 제 1 타입의 댐핑 유닛의 제 2 구현을 도시한다,
도 12c 는 제 2 타입의 댐핑 유닛의 구현을 도시한다,
도 13 은 댐핑되지 않은 공진들 및 제 1 및 제 2 타입들의 댐핑 유닛들을 사용하여 댐핑되는 공진들을 도시한다,
도 14 는 제 1 타입의 댐핑 유닛을 갖는 등가 EMI 저감 회로 (reducing circuit) 를 도시한다,
도 15 는 제 2 타입의 댐핑 유닛을 갖는 등가 EMI 저감 회로를 도시한다, 그리고
도 16 은 제 1 타입의 댐핑 유닛으로서 사용될 수도 있는 필터 변형을 도시한다.
도 1 은 제 1 타입의 변환기 장치의 제 1 변형의 위상 레그 및 그 안에 나타나는 공진 루프를 개략적으로 도시한다,
도 2 는 제 2 타입의 변환기 장치의 제 1 변형의 위상 레그 및 그 안에 나타나는 공진 루프를 개략적으로 도시한다,
도 3 은 셀들의 병렬 스택들을 갖는 제 1 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에서 발생하는 공진 루프들을 개략적으로 도시한다,
도 4 는 지그-재그 구성으로 배열된 셀들의 스트링을 갖는 제 2 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에서 발생하는 공진 루프들을 개략적으로 도시한다,
도 5 는 EMI 필터링을 제공하기 위한 제 1 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에 연결된 제 1 타입의 댐핑 유닛을 개략적으로 도시한다,
도 6 은 EMI 필터링을 제공하기 위한 제 2 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에 연결된 제 1 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 7 은 제 2 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에 연결된 제 1 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 8 은 EMI 필터링을 제공하기 위한 제 1 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에 연결된 제 2 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 9 는 EMI 필터링을 제공하기 위한 제 2 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에 연결된 제 2 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 10 은 제 2 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에 연결된 제 2 타입의 댐핑 유닛을 도시한다,
도 11 은 셀들의 병렬 스택들을 갖는 제 1 타입의 변환기 장치의 제 2 변형에 연결된 추가적인 스크린들 및 댐핑 유닛들을 도시한다,
도 12a 는 제 1 타입의 댐핑 유닛의 제 1 구현을 도시한다,
도 12b 는 제 1 타입의 댐핑 유닛의 제 2 구현을 도시한다,
도 12c 는 제 2 타입의 댐핑 유닛의 구현을 도시한다,
도 13 은 댐핑되지 않은 공진들 및 제 1 및 제 2 타입들의 댐핑 유닛들을 사용하여 댐핑되는 공진들을 도시한다,
도 14 는 제 1 타입의 댐핑 유닛을 갖는 등가 EMI 저감 회로 (reducing circuit) 를 도시한다,
도 15 는 제 2 타입의 댐핑 유닛을 갖는 등가 EMI 저감 회로를 도시한다, 그리고
도 16 은 제 1 타입의 댐핑 유닛으로서 사용될 수도 있는 필터 변형을 도시한다.
본 발명은 고전력 애플리케이션들에서의 변환기 장치일 수도 있는 변환기 장치에 관한 것이다. 변환기 장치는 80 kV 이상과 같은 고전압에서 동작하는 고전압 직류 전류 (HVDC) 변환기를 포함할 수도 있다. 변환기 장치는 더욱이 변환기 장치의 상이한 개별 컴포넌트들과는 상이한 전위를 갖는 밸브 홀과 같은 인클로저에 인클로징될 수도 있다. 예를 들어, 인클로저는 접지되는 한편 변환기 장치는 +1500 kV 또는 -1500 kV 의 전압 레벨 또는 그들 사이의 일부 고전압에서 동작하는 것이 가능하다. 다른 실현 가능한 전압 레벨들은 ±800 kV 이다. 변환기 장치는 예를 들어, 전압 소스 변환기 (VSC) 와 같은, 교류 전류 (AC) 와 직류 전류 (DC) 사이에 변환하는 변환기일 수도 있다. 더욱이, 전압 소스 변환기는 모듈러 멀티레벨 변환기 (MMC) 로서 제공될 수도 있으며, 여기서 다수의 캐스케이드된 변환기 서브모듈들 또는 셀들이 AC 파형을 형성하기 위해 사용되고, 셀은 스위치들 및 커패시터들을 포함한다. 이들 셀들은 2 개의 DC 극들 사이 또는 하나의 DC 극과 접지 사이에 연신되는 (stretch) 3 개의 병렬 위상 레그들에 연결될 수도 있고, 여기서 위상 레그들의 중간지점들은 대응하는 AC 위상들에 연결된다. 이 타입의 변환기 장치는 제 1 타입의 변환기 장치이다.
대안으로서 변환기 장치는 AC 시스템의 위상들 사이에 델타- 또는 스타-연결되는 다수의 위상 레그들을 포함할 수도 있다. 이 타입의 변환기 장치는 무효 전력 보상 목적으로 제공될 수도 있는 제 2 타입의 변환기 장치이다. 또한, 이 제 2 타입의 변환기 장치는 스위치들 및 커패시터들을 포함하는 셀들 또는 서브모듈들을 포함하고, 여기서 셀들은 소위 전력 전자 빌딩 블록들 (PEBB들) 에 제공될 수도 있다. 셀은 보다 구체적으로 스위치들 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 컴포넌트들을 포함하는 모듈이다.
도 1 은 제 1 타입의 변환기 장치 (10A) 의 제 1 변형의 위상 레그에서의 스트링을 개략적으로 도시하며, 이 스트링에서 다수의 셀들은 캐스케이드로 연결된다. 여기에서 위에서 아래로 제 1 셀 (12A), 제 2 셀 (14A), 제 3 셀 (16A), 제 4 셀 (18A), 제 5 셀 (20A) 및 제 6 셀 (22A) 이 있으며, 제 1 및 제 2 셀들 (12A 및 14A) 은 함께 셀들의 제 1 그룹 (G1A) 을 형성하고, 제 3 및 제 4 셀들 (16A 및 18A) 은 함께 셀들의 제 2 그룹 (G2A) 을 형성하고, 제 5 및 제 6 셀들 (20A 및 22A) 은 함께 셀들의 제 3 그룹 (G3A) 을 형성한다. 그룹에서의 셀들의 수는 더 많을 수도 있지만 더 적을 수도 있음이 인식되어야 한다.
셀들, 더 정확히 말하면 상이한 그룹들의 셀들의 컴포넌트들을 코로나 방전으로부터 보호하기 위해, 셀들의 제 1 그룹 (G1A) 은 제 1 코로나 쉴드 (24A) 에 연결되고, 셀들의 제 2 그룹 (G2A) 은 제 2 코로나 쉴드 (26A) 에 연결되고, 셀들의 제 3 그룹 (G3A) 은 제 3 코로나 쉴드 (28A) 에 연결된다. 제 1 코로나 쉴드 (24A) 는 보다 구체적으로 셀들의 제 1 그룹 (G1A) 에 인접하여 배치되고, 제 2 코로나 쉴드 (26A) 는 셀들의 제 2 그룹 (G2A) 에 인접하여 배치되고, 제 3 코로나 쉴드 (28A) 는 셀들의 제 3 그룹 (G3A) 에 인접하여 배치된다. 코로나 쉴드는 여기서 또한, 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 통상 제조되는 스크린이다. 보호는 여기서 통상적으로 밸브 홀의 벽들과 같은 환경으로부터의 코로나 방전으로부터의 보호이며, 그 벽들은 접지 전위에 유지될 수도 있다. 코로나 쉴드들은 정의된 전위들에 배치된다. 예로서, 셀들의 제 1 그룹 (G1A) 에서의 제 2 셀 (14A) 은 여기서 제 1 코로나 쉴드 (24A) 에 제 1 정의된 전위를 제공하기 위해 제 1 코로나 쉴드 (24A) 에 대한 제 1 전기 커넥션 (30A) 을 갖고, 셀들의 제 2 그룹 (G2A) 의 제 4 셀 (18A) 은 제 2 코로나 쉴드 (26A) 에 제 2 정의된 전위를 제공하기 위해 제 2 코로나 쉴드 (26A) 에 대한 제 2 전기 커넥션을 갖는 한편, 제 3 그룹 (G3A) 의 제 6 셀 (22A) 은 제 3 코로나 쉴드 (28A) 에 제 3 정의된 전위를 제공하기 위해 제 3 코로나 쉴드 (28A) 에 대한 제 3 전기 커넥션을 갖는다. 정의된 전위는 이 경우에 스트링에서의 특정 셀의 전위 또는 국부 접지일 수도 있다. 전위는 그것에 의해 셀마다 상이할 수도 있다. 그룹에서의 다른 셀이 설명된 제 2, 제 4 및 제 6 셀들 (14A, 18A 및 22A) 대신 정의된 전위를 코로나 쉴드에 제공하는 것이 가능함을 인식해야 한다.
유사한 방식으로 도 2 는 제 2 타입의 변환기 장치 (10B) 의 제 1 변형의 위상 레그에서의 스트링을 개략적으로 도시하며, 여기서 다수의 셀들은 캐스케이드로 연결된다. 여기에서 위에서 아래로 제 1 셀 (12B), 제 2 셀 (14B), 제 3 셀 (16B), 제 4 셀 (18B), 제 5 셀 (20B) 및 제 6 셀 (22B) 이 있으며, 여기서 제 1 및 제 2 셀들 (12B 및 14B) 은 함께 셀들의 제 1 그룹 (G1B) 을 형성하고, 제 3 및 제 4 셀들 (16B 및 18B) 은 함께 셀들의 제 2 그룹 (G2B) 을 형성하고, 제 5 및 제 6 셀들 (20B 및 22B) 은 함께 셀들의 제 3 그룹 (G3B) 을 형성한다.
이 제 2 타입의 변환기 장치 (10B) 에서, 제 1 및 제 2 셀들 (12B 및 14B) 은 제 1 PEBB 프레임 (24B) 의 형태의 인클로저에 인클로징되고, 제 3 및 제 4 셀들 (16B 및 18B) 은 제 2 PEBB 프레임 (26B) 의 형태의 인클로저에 인클로징되고, 제 5 및 제 6 셀들 (20B 및 22B) 은 제 3 PEBB 프레임 (28B) 의 형태의 인클로저에 인클로징된다. 제 1 PEBB 프레임 (24B) 은 그것에 의해 셀들의 제 1 그룹 (G1B) 에 인접하여 배치되고 이 경우에는 또한 셀들의 제 1 그룹 (G1B) 을 인클로징하고, 제 2 PEBB 프레임 (26B) 은 셀들의 제 2 그룹 (G2B) 에 인접하여 배치되고 이 경우에는 또한 셀들의 제 2 그룹 (G2B) 을 인클로징하고, 제 3 PEBB 프레임 (28B) 은 셀들의 제 3 그룹 (G3B) 에 인접하여 배치되고 이 경우에는 또한 셀들의 제 3 그룹 (G3B) 을 인클로징한다. PEBB 프레임은 또한, 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 통상 제조되는 스크린이다. 여기서 셀들의 제 1 그룹 (G1B) 에서의 제 2 셀 (14B) 은 제 1 PEBB 프레임 (24B) 에 제 1 정의된 전위를 제공하기 위해 제 1 PEBB 프레임 (24B) 에 대한 제 1 전기 커넥션 (30B) 을 갖고, 셀들의 제 2 그룹 (G2B) 의 제 4 셀 (18B) 은 제 2 PEBB 프레임 (26B) 에 제 2 정의된 전위를 제공하기 위해 제 2 PEBB 프레임 (26B) 에 대한 제 2 전기 커넥션을 갖는 한편, 셀들의 제 3 그룹 (G3B) 의 제 6 셀 (22B) 은 제 3 PEBB 프레임 (28B) 에 제 3 정의된 전위를 제공하기 위해 제 3 PEBB 프레임 (28B) 에 대한 제 3 전기 커넥션을 갖는다. 이들 전위들 중 하나는 이 경우에 접지 전위일 수도 있다. 또한 여기에서, 그룹에서의 다른 셀이 PEBB 프레임에 정의된 전위를 제공하는 것이 가능하다.
도 3 은 제 1 타입의 변환기 장치의 제 2 변형 (10A') 을 도시한다. 위상 레그의 셀들의 스트링은 2 개의 병렬 수직 스택들에 배치될 수도 있다. 이전에 논의된 제 1, 제 2 및 제 3 셀들 (12A', 14A' 및 16A') 은 그러면 제 1 스택에 배치될 수도 있는 한편, 제 4, 제 5 및 제 6 셀들 (18A', 20A' 및 22A') 은 제 2 스택에 배치될 수도 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 셀들 (12A', 14A' 및 16A') 은 이 경우에 셀들의 제 1 그룹 (G1A') 일 수도 있는 한편, 제 4, 제 5 및 제 6 셀들 (18A', 20A' 및 22A') 은 셀들의 제 2 그룹 (G2A') 을 형성할 수도 있다. 따라서 스택들은 수직으로 배향되고 서로 병렬이다. 셀들은 추가적으로 수평으로 정렬될 수도 있다. 도 3 에서 알 수 있는 바와 같이, 제 3 셀 (16A') 은 제 4 셀 (18A') 과 수평으로 정렬될 수도 있고, 제 2 셀 (14A') 은 제 5 셀 (20A') 과 수평으로 정렬될 수도 있고, 제 1 셀 (12A') 은 제 6 셀 (22A') 과 수평으로 정렬될 수도 있다.
도 4 는 제 2 타입의 변환기 장치의 제 2 변형을 도시한다. 이 경우에, 제 1 스트링은 서로 직렬로 연결되는 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5, 제 6, 제 7, 제 8, 제 9, 제 10, 제 11 및 제 12 셀 (CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE6, CE7, CE8, CE9, CE10, CE11 및 CE12) 을 포함한다. 제 1 및 제 2 셀들 (CE1 및 CE2) 은 제 1 PEBB 프레임 (FR1) 에 인클로징되고, 제 3 및 제 4 셀들 (CE3 및 CE4) 은 제 2 PEBB 프레임 (FR2) 에 인클로징되고, 제 5 및 제 6 셀들 (CE5 및 CE6) 은 제 3 PEBB 프레임 (FR3) 에 인클로징되고, 제 7 및 제 8 셀들 (CE7 및 CE8) 은 제 4 PEBB 프레임 (FR4) 에 인클로징되고, 제 9 및 제 10 셀들 (CE9 및 CE10) 은 제 5 PEBB 프레임 (FR5) 에 인클로징되고, 제 11 및 제 12 셀들 (CE11 및 CE12) 은 제 6 PEBB 프레임 (FR6) 에 인클로징된다. 여기서 제 1 셀 (CE1) 은 제 1 PEBB 프레임 (FR1) 에 대한 제 1 전기 커넥션을 갖고, 제 3 셀 (CE3) 은 제 2 PEBB 프레임 (FR2) 에 대한 제 2 전기 커넥션을 갖고, 제 6 셀 (CE6) 은 제 3 PEBB 프레임 (FR3) 에 대한 제 3 전기 커넥션을 갖고, 제 8 셀 (CE8) 은 제 4 PEBB 프레임 (FR4) 에 대한 제 4 전기 커넥션을 갖고, 제 9 셀 (CE9) 은 제 5 PEBB 프레임 (FR5) 에 대한 제 5 전기 커넥션을 갖고, 제 11 셀 (CE11) 은 제 6 PEBB 프레임 (FR6) 에 대한 제 6 전기 커넥션을 갖는다. 스트링은 사행 (meandering) 또는 지그-재그 구성을 갖는데, 이 경우에 제 1 및 제 2 프레임들 (FR1 및 FR2) 이 제 1 스택에 있고, 제 3 및 제 4 프레임들 (FR3 및 FR4) 이 제 2 스택에 있고, 제 5 및 제 6 프레임들 (FR5 및 FR6) 이 제 3 스택에 있음을 의미하며, 그 스택들은 서로 병렬이다. 그것에 의해 제 1 프레임 (FR1) 은 제 2 및 제 4 프레임들 (FR2 및 FR4) 에 인접하여 배치되고, 제 2 프레임 (FR2) 은 제 1 및 제 3 프레임들 (FR1 및 FR3) 에 인접하여 배치되고, 제 3 프레임 (FR3) 은 제 2, 제 4 및 제 6 프레임들 (FR2, FR4 및 FR6) 에 인접하여 배치되고, 제 4 프레임 (FR4) 은 제 1, 제 3 및 제 5 프레임들 (FR1, FR3 및 FR5) 에 인접하여 배치된다. 결과적으로, 그것에 의해 제 5 프레임 (FR5) 이 제 4 및 제 6 프레임들 (FR4 및 FR6) 에 인접하여 배치되고 제 6 프레임 (FR6) 이 제 3 및 제 5 프레임들 (FR3 및 FR5) 에 인접하여 배치된다는 것이 또한 분명하다.
사용 시, 상기 언급된 변환기 장치는 다양한 전자기 간섭 (EMI) 요건들을 충족하기 위해 제거되어야 하는 전자기 잡음을 생성한다. 이 EMI 는 전통적으로는, 변환기 장치에 연결된 AC- 또는 DC-야드에 필터 회로들을 도입함으로써 또는 메인 변환기 전류 경로들에 고주파수 댐핑 디바이스들을 도입함으로써, 시스템 레벨로 필터링되었다.
이러한 EMI 필터링 컴포넌트들은 통상적으로 부피가 크고, 무겁고, 고가이며, 종종 추가 공간을 필요로 한다. 더욱이, 이러한 필터들은 주어진 요건들을 준수하도록 특별히 설계되며; 그것들은 규격품으로 취해지지 않는다. 따라서, 재료 및 엔지니어링의 비용이 상당할 수 있다.
메인 전류 경로들에서의 댐핑 디바이스들은 전체 저주파수 전류를 운반하면서 고주파수 필터링을 제공하도록 설계되어야 한다. 따라서, 자성 재료들의 사용은 전체 전류 부하 하에서 포화를 회피하기 위해 매우 신중한 설계 및 통상적으로 큰 코어들을 필요로 한다.
따라서, EMI 댐핑을 실현하는 부피가 작고 간단한 방식이 필요하다.
본 발명자들은 변환기 장치에서의 EMI 의 하나의 주요 원인이 부유 인덕턴스들 및 부유 커패시턴스들을 통해 형성된 공진 루프들이라는 것을 깨달았다.
쉴드들과 PEBB 엘리먼트들 사이의 부유 커패시턴스들 뿐만 아니라 위상 레그들에서의 셀들 사이의 부유 인덕턴스들이 있을 것이다. 따라서, 도 1 및 도 2 에서, 제 1 부유 커패시턴스 (CSTR1A) 가 제 1 및 제 2 코로나 쉴드들 (24A 및 26A) 사이에서 발생하고 제 1 부유 커패시턴스 (CSTR1B) 가 제 1 및 제 2 PEBB 프레임들 (24B 및 26B) 사이에서 발생함을 알 수 있다. 또한, 제 2 및 제 3 코로나 쉴드들 (26A 및 28A) 사이의 제 2 부유 커패시턴스 (CSTR2A) 뿐만 아니라 제 2 및 제 3 PEBB 프레임들 (26B 및 28B) 사이의 제 2 부유 커패시턴스 (CSTR2B) 가 있다. 코로나 쉴드들 및 PEBB 프레임들은 스크린들이기 때문에, 따라서 제 1 및 제 2 스크린들이 서로 인접하여 배치되고 그들 사이의 부유 커패시턴스를 정의하는 갭에 의해 분리되고 제 2 및 제 3 스크린들이 서로 인접하여 배치되고 그들 사이의 부유 커패시턴스를 정의하는 갭에 의해 분리됨을 알 수 있다. 또한, 셀들의 제 1 및 제 2 그룹들 (G1A 및 G2A) 사이의 제 1 부유 인덕턴스 (LSTR1A) 뿐만 아니라 셀들의 제 1 및 제 2 그룹들 (G1B 및 G2B) 사이의 제 1 부유 인덕턴스 (LSTR1B) 가 있다. 또한, 셀들의 제 2 및 제 3 그룹들 (G2A 및 G3A) 사이의 제 2 부유 인덕턴스 (LSTR2A) 뿐만 아니라 셀들의 제 2 및 제 3 그룹들 (G2B 및 G3B) 사이의 제 2 부유 인덕턴스 (LSTR2B) 가 있다.
도 3 에서, 2 개의 스택들에서 수직으로 정렬된 셀들 사이에 부유 커패시턴스들이 존재함을 알 수 있다. 따라서, 제 3 및 제 4 셀들 (16A' 및 18A') 사이의 제 3 부유 커패시턴스 (CSTR3A), 제 2 및 제 5 셀들 (14A' 및 20A') 사이의 제 4 부유 커패시턴스 (CSTR4A) 및 제 1 및 제 6 셀들 (12A' 및 22A') 사이의 제 5 부유 커패시턴스 (CSTR5A) 가 있다. 또한 2 개의 스택들 사이에 부유 인덕턴스 (LSTR) 가 있다.
도 4 에서, 서로 인접하여 배치되는 프레임들 사이에 부유 커패시턴스들이 존재함을 알 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 프레임들 (FR1 및 FR2) 사이의 부유 커패시턴스 (C12), 제 1 및 제 4 프레임들 (FR1 및 FR4) 사이의 부유 커패시턴스 (C14), 제 2 및 제 3 프레임들 (FR2 및 FR3) 사이의 부유 커패시턴스 (C23), 제 3 및 제 4 프레임 (FR3 및 FR4) 사이의 부유 커패시턴스 (C34), 제 3 및 제 6 프레임 (FR3 및 FR6) 사이의 부유 커패시턴스 (C36), 제 4 및 제 5 프레임 (FR4 및 FR5) 사이의 부유 커패시턴스 (C45) 및 제 5 및 제 6 프레임 (FR5 및 FR6) 사이의 부유 커패시턴스 (C56) 가 있다.
또한, 프레임들 사이의 전기 경로들에 부유 인덕턴스들이 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 프레임들 (FR1 및 FR2) 사이의 부유 인덕턴스 (L12), 제 2 및 제 3 프레임들 (FR2 및 FR3) 사이의 부유 인덕턴스 (L23), 제 3 및 제 4 프레임 (FR3 및 FR4) 사이의 부유 인덕턴스 (L34), 제 4 및 제 5 프레임 (FR4 및 FR5) 사이의 부유 인덕턴스 (L45) 및 제 5 및 제 6 프레임 (FR5 및 FR6) 사이의 부유 인덕턴스 (L56) 가 있다.
위에서 알 수 있는 바와 같이, PEBB들 또는 밸브 홀들의 둘러싸는 구조들은 매우 클 수 있다. 그것에 의해 부유 커패시턴스들이 클 수도 있다. 셀 부유 인덕턴스들, 즉 스트링에서의 부유 인덕턴스들과 결합하여, 부유 커패시턴스들은 스테이션 밖으로 전파되어 방사될 수 있는 EMC-임계 주파수 범위에서 높은 피크들을 야기하는 LC 공진 회로들을 형성할 수 있다. 가능한 전파 경로들은 접지에 대한 용량성 커플링, 버스바들에 대한 유도성 커플링 등을 포함한다.
이것의 예로서 그리고 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 제 2 셀 (14A) 로부터 제 1 커넥션 (30A), 제 1 코로나 쉴드 (24A), 제 2 코로나 쉴드 (26A), 제 4 셀 (18A) 및 제 3 셀 (16A) 을 통해 다시 제 2 셀 (14A) 로의 제 1 공진 루프 (RL) 가 형성되고, 그 제 1 루프 (RL) 는 제 1 부유 커패시턴스 (CSTR1A) 및 제 1 부유 인덕턴스 (LSTR1A) 를 포함한다. 위에서 언급된 바와 같이, 셀들은 모듈들이다. 이 때문에, 셀들의 그룹은 또한 모듈들의 그룹이다. 제 2 셀 (14A) 은 여기서 제 1 공진 루프 (RL) 에서의 모듈들의 제 1 그룹의 제 1 모듈인 한편, 제 4 셀 (18A) 은 공진 루프 (RL) 에서의 모듈들의 제 2 그룹의 제 2 모듈이다. 그것에 의해 제 1 공진 루프 (RL) 는 또한, 제 1 모듈로부터 제 1 및 제 2 스크린들 및 제 2 모듈을 통해 다시 제 1 모듈로 연신되는 루프이다. 루프 (RL) 는 또한 제 1 및 제 2 모듈들 사이에 전기적으로 연결된 임의의 모듈을 통과하고, 그 임의의 모듈은 이 경우에서 제 3 셀 (16A) 을 통해 구현되는 모듈이다.
유사한 방식으로 도 2 에서, 제 2 셀 (14B) 로부터 제 1 커넥션 (30B), 제 1 PEBB 프레임 (24B), 제 2 PEBB 프레임 (26B), 제 4 셀 (18B) 및 제 3 셀 (16B) 을 통해 다시 제 2 셀 (14B) 로의 제 1 공진 루프 (RL) 가 형성되고, 그 제 1 루프 (RL) 는 마찬가지로 제 1 부유 커패시턴스 (CSTR1B) 및 제 1 부유 인덕턴스 (LSTR2B) 을 포함함을 알 수 있다. 이 경우에, 제 2 셀 (14B) 은 또한 제 1 공진 루프 (RL) 에서의 모듈들의 제 1 그룹의 제 1 모듈이고 제 4 셀 (18B) 은 공진 루프 (RL) 에서의 모듈들의 제 2 그룹의 제 2 모듈이고, 여기서 도 2 에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 공진 루프 (RL) 는 제 1 모듈로부터 제 1 및 제 2 스크린들 및 제 2 모듈을 통해 다시 제 1 모듈로 연신되는 루프이다. 또한, 이 경우에 루프 (RL) 는 또한 제 1 및 제 2 모듈들 사이의 임의의 모듈을 통과하고, 그 임의의 모듈은 이 경우에서 제 3 셀 (16B) 을 통해 구현되는 모듈이다.
도 3 은 차례로 부유 커패시턴스들 및 부유 인덕턴스 (LSTR) 를 통과하는 셀들의 수직으로 정렬된 스택들 사이의 다수의 공진 루프들을 도시한다. 이 경우에, 제 3 셀 (16A') 은 제 1 공진 루프에서의 모듈들의 제 1 그룹의 제 1 모듈로 볼 수도 있고 제 4 셀 (18A') 은 제 1 공진 루프에서의 모듈들의 제 2 그룹의 제 2 모듈로 볼 수도 있다. 제 2 셀 (14A') 은 제 2 공진 루프에서의 모듈들의 제 1 그룹의 제 1 모듈로 볼 수도 있고 제 5 셀 (20A') 은 제 2 공진 루프에서의 모듈들의 제 2 그룹의 제 2 모듈로 볼 수도 있다. 마지막으로, 제 1 셀 (12A') 은 제 3 공진 루프에서의 모듈들의 제 1 그룹의 제 1 모듈로 볼 수도 있고 제 6 셀 (22A') 은 제 3 공진 루프에서의 모듈들의 제 2 그룹의 제 2 모듈로 볼 수도 있다. 또한, 이 경우에, 각각의 루프는 제 1 및 제 2 모듈들 사이의 임의의 모듈의 컴포넌트를 통과할 뿐만 아니라 부유 인덕턴스 (LSTR) 를 포함한다. 이들 병렬 루프들은 또한 하나의 공진 루프 (RL') 로서 고려될 수도 있다.
또한 도 4 에는 다중의 공진 루프들이 있다. 제 1 셀 (CE1) 로부터 제 1 전기 커넥션을 통해 제 1 프레임 (FR1) 으로, 제 1 프레임 (FR1) 으로부터 커패시턴스 (C12) 를 통해 제 2 프레임 (FR2) 으로, 제 2 프레임 (FR2) 으로부터 제 2 전기 커넥션을 통해 제 3 셀 (CE3) 로 그리고 제 3 셀 (CE3) 로부터 인덕턴스 (L12) 및 제 2 셀 (C2) 을 통해 다시 제 1 셀 (CE1) 로의 제 1 공진 루프 (RL1) 가 있다. 제 8 셀 (CE8) 로부터 제 4 전기 커넥션을 통해 제 4 프레임 (FR4) 으로, 제 4 프레임 (FR4) 으로부터 커패시턴스 (C45) 를 통해 제 5 프레임 (FR5) 으로, 제 5 프레임 (FR5) 으로부터 제 5 전기 커넥션을 통해 제 9 셀 (CE9) 로 그리고 제 9 셀 (CE9) 로부터 인덕턴스 (L45) 를 통해 다시 제 8 셀 (CE8) 로의 제 2 공진 루프 (RL2) 가 있다. 마지막으로, 제 6 셀 (CE6) 로부터 제 3 전기 커넥션을 통해 제 3 프레임 (FR3) 으로, 제 3 프레임 (FR3) 으로부터 커패시턴스 (C36) 를 통해 제 6 프레임 (FR6) 으로, 제 6 프레임 (FR6) 으로부터 제 6 전기 커넥션을 통해 제 11 셀 (CE11) 로, 제 11 셀 (CE11) 로부터 인덕턴스 (L56) 를 통해 제 10 셀로 그리고 제 10 셀 (CE10) 로부터 제 9 셀 (CE9), 인덕턴스 (L45), 제 8 셀 (CE8), 제 7 셀 (CE7) 및 인덕턴스 (L34) 를 통해 다시 제 6 셀 (CE6) 로의 제 3 공진 루프 (RL3) 가 있다.
도 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 공진 루프는 2 개보다 더 많은 프레임들의 셀들을 포함할 수도 있다. 따라서, 공진 루프가 부유 커패시턴스를 통해 통과하는 2 개의 프레임들 사이의 프레임들에 셀들이 있을 수도 있다. 따라서, 공진 루프의 제 1 및 제 2 모듈들보다 더 많은 모듈들이 있을 수도 있고, 여기서 이들 추가적인 모듈들은 제 1 및 제 2 모듈들 사이에 연결될 것이다.
본 발명의 양태들은 EMI 감소를 획득하기 위해 상기 설명된 LC 루프들에 국부 댐핑 유닛들을 배치하는 것에 관한 것이다. 그것에 의해 개별 댐핑 유닛들은 중앙 댐핑 및/또는 필터링이 사용되는 경우보다 소형화될 수도 있다. 그들은 또한 여하튼 다른 목적으로 필요한 위치들에 배치될 수도 있다. 코로나 스크린은 예를 들어 그것이 보호하는 셀들의 그룹으로부터 소정의 공간을 필요로 할 수도 있다. 댐핑 유닛이 이 공간에 배치되면, 댐핑 유닛의 추가에도 변환기 장치의 부피는 변하지 않는다. 그것에 의해 댐핑 유닛은 변환기 장치의 벌키성 (bulkiness) 을 증가시키지 않을 수도 있다. 댐핑 유닛은 또한 더 간단한 구현을 가질 수도 있다. 일부 인스턴스들에서, 댐핑 유닛은 단지 적절하게 치수화된 저항기를 사용하여 실현될 수도 있다.
따라서, 본 개시의 양태들은 공진 피크들을 댐핑하기 위해 공진 루프에 댐핑 유닛 또는 방산 (dissipating) 엘리먼트를 도입하는 것에 관한 것이다. 필터링 또는 댐핑은 주파수 범위 9 kHz - 6 GHz 에서, 유리하게는 주파수 범위 9 kHz - 2 GHz 에서, 바람직하게는 주파수 범위 9 kHz - 1 GHz 에서 그리고 더 바람직하게는 주파수 범위 9 kHz - 30 MHz 에서 이루어질 수도 있다.
이것은 다음에 논의될 여러 조치들에 의해 달성될 수 있다.
도 5 에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 타입의 변환기 장치 (10A) 의 제 1 변형에서, 댐핑은 제 1 공진 루프 (RL) 에서, 이상적으로는, 셀들이 코로나 쉴드에 연결되는 잘 정의된 위치에서, 제 1 댐핑 유닛 (32A) 을 구현함으로써 달성된다. 따라서 댐핑 유닛은 제 1 코로나 쉴드 (24A) 의 정의된 전위를 제공하기 위해 사용되는 제 1 전기 커넥션에 배치될 수도 있고, 그 제 1 전기 커넥션은 이 예에서 제 2 셀 (14A) 과 제 1 코로나 쉴드 (24A) 사이의 제 1 전기 커넥션 (30A) 이다. 이 제 1 댐핑 유닛 (32A) 은 제 1 공진 루프 (RL) 에서 부유 커패시턴스들 (CSTR1A) 및 부유 인덕턴스들 (LSTR1A) 과 직렬로 연결되고 제 1 부유 인덕턴스 (LSTR1A) 및 제 1 부유 커패시턴스 (CSTR1A) 와 함께 제 2, 제 3 및 제 4 셀들 (14A, 16A, 18A) 에 의해 형성된 이 제 1 공진 루프 (RL) 에서의 공진들을 댐핑한다. 유사한 댐핑 유닛들 (34A 및 36A) 은 제 4 셀 (18A) 과 제 2 코로나 쉴드 (26A) 사이 그리고 제 6 셀 (22A) 과 제 3 코로나 쉴드 (28A) 사이에, 즉 셀과 코로나 쉴드의 정의된 전위를 제공하는 대응하는 코로나 쉴드 사이의 커넥션에 연결될 수도 있다. 댐핑 유닛들은 모두 제 1 타입이다.
도 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 제 2 타입의 변환기 장치 (10B) 의 제 1 변형에서, 댐핑은 루프 (RL) 에서, 이상적으로는, 셀이 PEBB 프레임에 연결되는 잘 정의된 위치에서, 직렬로 제 1 댐핑 유닛 (32B) 을 구현함으로써 달성된다. 따라서, 제 1 댐핑 유닛 (32B) 은 제 2, 제 3 및 제 4 셀들 (14B, 16B, 18B) 및 제 1 부유 인덕턴스 (LSTR1B) 및 제 1 부유 커패시턴스 (CSTR1B) 에 의해 형성된 제 1 공진 루프 (RL) 에서의 공진들을 댐핑하기 위해 제 2 셀 (14B) 과 제 1 PEBB 프레임 (24B) 사이의 제 1 전기 커넥션 (30B) 에 배치될 수도 있다. 유사한 댐핑 유닛들 (34B 및 36B) 은 제 4 셀 (18B) 과 제 2 PEBB 프레임 (26B) 사이 그리고 제 6 셀 (22B) 과 제 3 PEBB 프레임 (28B) 사이에 연결될 수도 있다. 모든 이들 댐핑 유닛들은 제 1 타입이다.
도 7 에서 알 수 있는 바와 같이, 동일한 방식으로, 제 2 타입의 변환기의 제 2 변형에서 셀들과 프레임들 사이의 커넥션들에서 제 1 타입의 댐핑 유닛들을 연결하는 것이 가능하다. 따라서, 제 1 셀 (CE1) 과 제 1 프레임 (FR1) 사이의 제 1 전기 커넥션은 댐핑 유닛 (D1) 을 포함하고, 제 3 셀 (CE3) 과 제 2 프레임 (FR2) 사이의 제 2 전기 커넥션은 댐핑 유닛 (D2) 을 포함하고, 제 6 셀 (CE6) 과 제 3 프레임 (FR3) 사이의 제 3 전기 커넥션은 댐핑 유닛 (D3) 을 포함하고, 제 8 셀 (CE8) 과 제 4 프레임 (FR4) 사이의 제 4 전기 커넥션은 댐핑 유닛 (D4) 을 포함하고, 제 9 셀 (CE9) 과 제 5 프레임 (FR5) 사이의 제 5 전기 커넥션은 댐핑 유닛 (D5) 을 포함하고, 제 11 셀 (CE11) 과 제 6 프레임 (FR6) 사이의 제 6 전기 커넥션은 댐핑 유닛 (D6) 을 포함하며, 여기서 모든 댐핑 유닛들은 제 1 타입이다.
제 1 타입의 댐핑 유닛은 도 12a 에 도시된 바와 같이 저항기 (R) 로서 또는 도 12b 에서 알 수 있는 바와 같이, 인덕턴스 (L) 와 병렬의 저항기 (R) 로서 실현될 수도 있으며, 후자의 경우 제 1 타입의 댐핑 유닛은 실제로 제 1 필터일 수도 있다.
댐핑 유닛의 다른 가능한 배치는 공진 루프의 부유 커패시턴스와 병렬로 있다. 제 1 타입의 변환기 장치의 제 1 변형을 개시하는 도 8 에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 및 제 2 코로나 쉴드들 (24A 및 26A) 사이에 제 2 댐핑 유닛 (38A) 을 연결하는 것이 가능하며, 이는 사실상 제 1 부유 커패시턴스 (CSTR1A) 와 병렬로 있다. 추가의 댐핑 유닛 (39A) 이 유사한 방식으로 제 2 및 제 3 코로나 쉴드들 (26A 및 28A) 사이에, 즉 사실상 제 2 부유 커패시턴스 (CSTR2A) 와 병렬로 연결될 수도 있다. 양자 모두의 댐핑 유닛들은 이 경우 제 2 타입이다.
도 9 에서 알 수 있는 바와 같이, 이 접근법은 또한 제 2 타입의 변환기 장치의 제 1 변형에서 적용될 수도 있다. 따라서 제 2 댐핑 유닛 (38B) 은 제 1 및 제 2 PEBB 프레임들 (24B 및 26B) 사이에 연결될 수도 있으며, 이는 사실상 제 1 부유 커패시턴스 (CSTR1B) 와 병렬로 있다. 추가의 댐핑 유닛 (39B) 이 유사한 방식으로 제 2 및 제 3 PEBB 프레임들 (26B 및 28B) 사이에, 즉 사실상 제 2 부유 커패시턴스 (CSTR2B) 와 병렬로 연결될 수도 있다. 댐핑 유닛들 양자 모두는 이 경우에도 제 2 타입이다.
도 10 에서 알 수 있는 바와 같이, 동일한 방식으로 제 2 타입의 변환기의 제 2 변형에서 이웃하는 프레임들 사이의 부유 커패시턴스들과 병렬로 제 2 타입의 댐핑 유닛들을 연결하는 것이 가능하다. 따라서, 부유 커패시턴스 (C12) 와 병렬로 제 1 및 제 2 프레임들 (FR1 및 FR2) 사이에 연결된 댐핑 유닛 (D12), 부유 커패시턴스 (C14) 와 병렬로 제 1 및 제 4 프레임들 (FR1 및 FR4) 사이에 연결된 댐핑 유닛 (D14), 부유 커패시턴스 (C23) 와 병렬로 제 2 및 제 3 프레임들 (FR2 및 FR3) 사이에 연결된 댐핑 유닛 (D23), 부유 커패시턴스 (C34) 와 병렬로 제 3 및 제 4 프레임들 (FR3 및 FR4) 사이에 연결된 댐핑 유닛 (D34), 부유 커패시턴스 (C36) 와 병렬로 제 3 및 제 6 프레임들 (FR3 및 FR6) 사이에 연결된 댐핑 유닛 (D36), 부유 커패시턴스 (C45) 와 병렬로 제 4 및 제 5 프레임들 (FR4 및 FR5) 사이에 연결된 댐핑 유닛 (D45) 및 부유 커패시턴스 (C56) 와 병렬로 제 5 및 제 6 프레임들 (FR5 및 FR6) 사이에 연결된 댐핑 유닛 (D56) 이 있으며, 여기서 모든 댐핑 유닛들은 제 2 타입이다.
이 경우, 제 2 타입의 댐핑 유닛 (38) 은 도 12c 에 도시된 바와 같이 커패시터 (C) 와 직렬의 저항기 (R) 로서 실현될 수도 있으며, 이 경우 댐핑 유닛은 사실상 제 2 필터이다.
제 1 타입의 변환기 장치에서 병렬 스택들 사이에 형성된 공진 루프들과 관련한 댐핑은 도 11 에서 볼 수 있다. 이 경우에, 수직으로 배향된 제 1 전도성 쉘 (42A) 은 제 1 스택에서의 셀들 (12A', 14A' 및 16A') 을 포함하는 셀들의 제 1 그룹 (G1A') 에 인접하여 도입되고 수직으로 배향된 제 2 전도성 쉘 (44A) 은 제 2 스택에서의 셀들 (18A', 20A' 및 22A') 을 포함하는 셀들의 제 2 그룹 (G2A') 에 인접하여 도입된다. 전도성 쉘들 (42A 및 44B) 은 이 경우에 구조에 도입된, 제 1 및 제 2 스크린들, 예를 들어, 이를 테면 구리 또는 알루미늄으로 제조된 금속성이다. 그것에 의해 각각의 공진 루프는 제 1 모듈로부터 제 1 및 제 2 스크린들 및 제 2 모듈을 통해 다시 제 1 모듈로 연신된다. 이러한 방식으로 잘 정의된 부유 커패시턴스 (CSTR) 가 2 개의 스택들 사이에서 획득된다. 그런 다음, 스택의 셀들과 대응하는 전도성 쉘 사이에 댐핑 유닛들을 연결하는 것이 가능하다. 이것은 댐핑 유닛들을 포함하는 공진 루프가 제 1 모듈과 제 1 스크린 사이의 제 1 타입의 제 1 댐핑 유닛 및 제 2 스크린과 제 2 모듈 사이의 제 1 타입의 다른 댐핑 유닛을 포함할 수도 있음을 의미한다. 예로서, 제 3 및 제 4 셀들 (16A' 및 18A') 은, 각각, 예를 들어 전도성 쉘들 (42A 및 44A) 에 저항기들만을 포함하는, 제 1 타입의 댐핑 유닛들 (48A 및 52A) 과 연결되는 한편, 제 1 및 제 6 셀들 (12A' 및 22A') 은, 각각, 전도성 쉘들 (42A 및 44A) 에 커패시터들과 직렬의 저항기들을 포함하는 추가의 댐핑 유닛들 (46A 및 50A) 과 연결된다. 추가의 댐핑 유닛은 통상적으로 제 1 댐핑 유닛의 바이패스를 회피하기 위해 쉴드에 대한 커넥션에서 커패시터를 필요로 할 것이다. 추가적으로 2 개의 전도성 쉘들 사이에 제 2 타입의 댐핑 유닛을 연결하는 것이 가능하다. 또한, 추가의 댐핑 유닛들 (46A 및 50A) 을 제거하는 것이 가능하다.
댐핑의 원리는 도 13, 도 14 및 도 15 로부터 이해될 수 있는데, 여기서 도 13 은 필터링되지 않은 잡음 곡선 (54), 제 1 필터를 사용하여 필터링된 잡음 곡선 (56) 및 제 2 필터를 사용하여 필터링된 잡음 곡선 (58) 을 도시하고, 도 14 는 제 1 타입의 댐핑 유닛 (32) 과 함께 잡음 소스, 부유 커패시턴스들 및 부유 인덕턴스들의 등가 회로를 도시하고, 도 15 는 제 2 타입의 댐핑 유닛 (38) 과 함께 잡음 소스, 부유 커패시턴스 및 부유 인덕턴스를 도시한다.
위상 레그들에서의 셀들의 동작은 부유 커패시턴스 (CSTR) 와 직렬의 부유 인덕턴스 (LSTR) 에 공급하는 잡음 소스 (V) 를 제공하는 것으로 볼 수 있으며, 여기서 제 1 필터 (32) 는 루프에서 부유 커패시턴스 (CSTR) 와 직렬로 연결되고 제 2 필터 (38) 는 루프의 부유 커패시턴스 (CSTR) 와 병렬로 연결된다. 도 13 에서, 양자 모두의 경우들에서 공진이 상당히 감소될 수도 있고 그것에 의해 EMI 가 또한 감소된다는 것을 알 수 있다.
위에서 알 수 있는 바와 같이, 댐핑 유닛은 셀과 스크린 사이의 저저항 (low-ohmic) 의 금속성 커넥션에 배치될 수도 있고, 여기서 댐핑 유닛은 단일의 저항기 또는 별개의 R 및 L 엘리먼트들 (코일 및 저항기) 의 병렬-커넥션을 통해 실현될 수 있다. 충분한 댐핑 효과가 달성되고, 동시에, 쉴드의 정상 상태 전위가 변경되지 않고 쉴드 또는 인클로저의 고주파수 과도 전위 변화가 스테이션의 유전 설계에 영향을 미치지 않도록 저항의 값이 선택되어야 할 수도 있다. 이것은 저항이 범위 10 - 10 ㏀ 에 있는 경우 획득된다. 인덕터는, 존재한다면, 차례로 범위 1 μ - 10 mH 에 있을 수도 있다.
커패시터는, 포함된다면, 차례로 범위 1 - 100 nF 에 있을 수도 있다.
대역 통과 및 대역 저지 필터링과 같은 향상된 필터링을 획득하기 위해 추가의 인덕터들 및/또는 커패시터들과 같은 추가의 컴포넌트들을 필터들에 추가하는 것이 가능함을 인식해야 한다. 제 1 댐핑 유닛에 대한 대안으로서, 셀과 코로나 쉴드 또는 PEBB 프레임을 연결하는 도체 상에 위치된 철 또는 HF 자성 재료 (페라이트/나노결정 또는 비정질 테이프) 와 같은 자성 재료의 코어를 대신 사용하는 것이 가능하다. 도체 상에 위치된 이러한 자성 코어는 L 및 R 의 병렬 커넥션의 등가 회로에 의해 표현되며, 여기서 R 은 코어의 손실을 나타낸다. 최적의 필터 설계는 1 차 도체의 단일 턴 (turn) 보다 더 많은 것을 필요로 할 수도 있으며, 이는 유효 인덕턴스를 증가시키지만, 코어가 포화되는 최대 전류를 감소시킨다. 코어는 추가적으로 댐핑 저항기가 연결되는 2 차 권선 (winding) 을 포함할 수도 있다. 이는 최적의 댐핑 효과가 달성되도록 등가 회로에서 병렬 R 의 값으로 최적화가 이루어질 수 있게 한다. 2 차 권선 및 저항기의 기능은 저항성 및 단락 단자들에 의해 또는 코어 상의 저항성 코팅 (또는 포팅 (potting)) 에 의해 달성될 수 있다.
도 16 은 제 1 커넥션 (30) 주위에 코어 (60) 를 갖는 이러한 댐핑 유닛 (32C) 을 개략적으로 도시하며, 여기서 차례로 코일 (62) 이 이 코어 (60) 주위에 감기고 추가의 저항기 (Rf) 에 연결된다.
위에서 언급된 코어는 추가적으로는, "클램프 온" 애플리케이션이 가능하도록, 2 개의 절반 (half) 들, 즉 반으로 절단된 토로이드 코어로 형성될 수도 있다. 클램프 온 애플리케이션은, 필터링 RL 엘리먼트가 배치될 도체가 오픈 (디태치) 될 수 없거나 또는 오픈 (디태치) 되기 어려운 경우에 특히 유용하다. 그것은 그것에 의해 리트로피팅 (retrofitting) 상황들에서도 유용하다.
위에서 스크린들은 알루미늄 또는 구리 스크린들과 같은 금속성으로 개시되었다. 그러나, 저항성 (반도체성) 재료 (예를 들어, 카본 블랙과 같은 전도성 필러를 포함하는 열가소성 재료) 로부터 제작된, 비금속성 코로나 쉴드 엘리먼트들을 사용함으로써 댐핑 유닛들을 구현하는 것도 가능함을 인식해야 한다. 다른 대안은 전기 커넥션이 실현되는 저항성 코팅을 갖는, 예를 들어, 열가소성 재료로 제조된 비전도성 스크린을 사용하는 것이다. 이 경우에 쉴드 재료 또는 쉴드 코팅의 유한 전도도는 고주파수 전류 경로에 저항성 댐핑을 도입한다. 이것은 PEBB 프레임에 대해 수행되는 댐핑과 관련하여 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 이점들은 다음의 방식으로 요약될 수도 있다:
전술한 논의로부터, 본 발명은 다수의 방식들로 변경될 수 있음이 명백하다.
결과적으로, 본 발명은 다음의 청구항들에 의해서만 제한됨이 인식될 것이다.
Claims (15)
- 변환기 장치 (10A; 10B) 로서,
전기적으로 상호연결된 모듈들 (12A, 14A, 16A, 18A, 20A, 22A; 12B, 14B, 16B, 18B, 20B, 22B; CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE6, CE7, CE8, CE9, CE10, CE11, CE12; 12A', 14A', 16A', 18A', 20A', 22A') 의 적어도 하나의 제 1 스트링 및 제 1 스크린 및 제 2 스크린 (24A, 26A; 24B, 26B; FR1, FR2; 42A, 44A) 을 포함하고,
상기 제 1 스크린 (24A; 24B; FR1; 42A) 은 제 1 정의된 전위에 연결되고 적어도 하나의 제 1 모듈 (14A; 14B; CE1; 16A') 을 포함하는 상기 제 1 스트링에서의 모듈들의 제 1 그룹 (G1A; G1B; G1A') 에 인접하여 배치되고, 상기 제 2 스크린 (26A; 26B; FR2; 44A) 은 제 2 정의된 전위에 연결되고 적어도 하나의 제 2 모듈 (18A; 18B; CE3; 18A') 을 포함하는 상기 제 1 스트링에서의 모듈들의 제 2 그룹 (G2A; G2B; G2A') 에 인접하여 배치되고, 상기 변환기 장치의 동작 시, 상기 제 1 모듈 (14A; 14B; CE1; 16A') 로부터 상기 제 1 스크린 및 제 2 스크린 (24A, 26A, 24B, 26B; FR1; FR2; 42A, 44A) 및 상기 제 2 모듈 (18A, 18B, CE3; 18A') 을 통해 다시 상기 제 1 모듈 (14A; 14B; CE1; 16A') 로의 공진 루프 (RL; RL1; RL') 가 생성되고, 상기 변환기 장치는,
상기 공진 루프에, 전자기 잡음을 댐핑하도록 설정되는 댐핑 유닛 (32A; 32B; 32C; 38A; 38B; D1; D12; 48A) 을 더 포함하는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 1 항에 있어서,
상기 댐핑 유닛은 상기 정의된 전위를 제공하는 그룹의 모듈과 상기 전위가 제공되는 상기 스크린 (24A; 24B; FR1; 42A) 사이에 배치된 제 1 댐핑 유닛 (32A; 32B; 32C; D1; 48A) 인, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 댐핑 유닛 (32A; 32B; D1) 은 인덕터의 형태의 필터링 컴포넌트를 포함하는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 1 항에 있어서,
상기 댐핑 유닛은 상기 제 1 스크린 및 제 2 스크린 (24A, 26A; 24B, 26B; FR1, FR2) 사이에 연결된 제 2 댐핑 유닛 (38A; 38B; D12) 인, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 4 항에 있어서,
상기 댐핑 유닛 (38A; 38B; D12) 은 커패시터의 형태의 필터링 컴포넌트를 포함하는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 2 항에 있어서,
상기 댐핑 유닛 (32C) 은 정의된 전위를 제공하는 모듈과 상기 전위가 제공되는 대응하는 스크린 사이의 커넥션 (30A) 을 둘러싸는 자성 재료의 코어 (60) 를 포함하는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 6 항에 있어서,
상기 댐핑 유닛 (32C) 은 상기 자성 재료의 코어 주위에 감긴 코일 (62) 을 포함하는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 댐핑 유닛 (32A; 32B; 32C; 38A; 38B; D1; D12, 48A) 은 저항을 포함하는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 3 항 또는 제 5 항에 종속될 때 제 8 항에 있어서,
상기 저항은, 인덕터인 경우 상기 필터 컴포넌트와 병렬로 또는 커패시터인 경우 상기 필터 컴포넌트와 직렬로 연결되는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 9 항에 있어서,
상기 댐핑 유닛은 대역 통과 또는 대역 저지 필터링과 같은 향상된 필터링을 제공하기 위한 적어도 하나의 추가의 필터 컴포넌트를 포함하는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저항은 저항기로서 실현되는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저항은 반도체성인 상기 스크린을 통해 실현되는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 스트링은 서로 병렬로 배치되는, 전기적으로 상호연결되고 수평으로 정렬된 제 1 및 제 2 스택을 포함하고, 상기 모듈들의 제 1 및 제 2 그룹들 (G1A', G2A') 은 상기 제 1 및 제 2 스택에 각각 포함되는, 변환기 장치 (10A; 10B). - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환기 장치는 AD 와 DC 사이에 변환하도록 구성되고 상기 제 1 스크린 및 제 2 스크린은 상기 제 1 스트링에서 모듈들의 이웃하는 그룹들에 대해 제공된 코로나 쉴드 (Corona shield) 들인, 변환기 장치 (10A). - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
AC 시스템의 위상들 사이에 연결된 3 개의 스트링들을 포함하고, 상기 제 1 스크린 및 제 2 스크린은 모듈들의 이웃하는 제 1 및 제 2 그룹들에 대한 인클로저 (enclosure) 들인, 변환기 장치 (10B).
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