TW201843914A

TW201843914A - 電力轉換裝置及電力轉換系統

Info

Publication number: TW201843914A
Application number: TW107108825A
Authority: TW
Inventors: 長谷川光平; 前川佐理; 安住壮紀; 葛卷淳彥
Original assignee: 日商東芝股份有限公司
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-12-16
Also published as: JP2018161024A; TWI678870B; JP6797748B2

Abstract

本發明之實施形態之電力轉換裝置具備：第1電力轉換電路，其將自外部輸入之電力轉換並輸出；第2電力轉換電路，其經由直流鏈路部連接於第1電力轉換電路，且將輸入之電力轉換並輸出至負載；平滑電容器，其設置於第1電力轉換電路之輸出部及第2電力轉換電路之輸入部；第1共模電流提取電路，其設置於第1電力轉換電路之輸入部；第2共模電流提取電路，其設置於第2電力轉換電路之輸出部；假想中性電位線，其連接第1共模電流提取電路與第2共模電流提取電路；直流鏈路濾波電路，其具有連接於直流鏈路部與假想中性電位線之間之Y型電容器；第1共模線圈，其插入於自第1共模電流提取電路至直流鏈路濾波電路之Y型電容器之連接點之路徑；及第2共模線圈，其插入於自Y型電容器之連接點至第2共模電流提取電路之路徑。

Description

電力轉換裝置及電力轉換系統

本發明之實施形態係關於一種對自外部輸入之電力予以轉換並輸出至負載之裝置及系統。

例如，若如反相器之電力轉換裝置、及如馬達之負載裝置所具備之金屬構件配置為與對地電位對向，則在兩者之間形成有寄生電容，而經由該寄生電容產生漏電流。由於漏電流會招致機械裝置之劣化及未預期之觸電，故必須儘可能地接近0 A。又，因半導體開關元件之高性能化，而電力轉換裝置之工作高頻率變高。由於伴隨著高頻化而寄生電容之阻抗降低，故漏電流對策變得更重要。為抑制漏電流而例如提高針對共模之阻抗。具體而言，進行增長接地電位與對向金屬之距離，或將高電感之共模扼流線圈插入電力線等之對策。然而，該等對策任一者均有導致電力轉換裝置大型化之問題。又，除漏電流對策以外，為了抑制電磁雜訊，而有針對接地電位有意連接電容器之情形。在此情形下，若為了使雜訊抑制效果在偏低頻率下有效而選擇大電容之電容器，則會招致漏電流之增加。

因而，提供一種具備能夠避免大型化且抑制漏電流之功能之電力轉換裝置及電力轉換系統。實施形態之電力轉換裝置具備：第1電力轉換電路，其對自外部輸入之電力予以轉換並輸出；第2電力轉換電路，其經由直流鏈路部連接於該第1電力轉換電路，且對被輸入之電力轉換並輸出至負載；平滑電容器，其設置於前述第1電力轉換電路之輸出部及前述第2電力轉換電路之輸入部；第1共模電流提取電路，其設置於前述第1電力轉換電路之輸入部；第2共模電流提取電路，其設置於前述第2電力轉換電路之輸出部；假想中性電位線，其連接前述第1共模電流提取電路與前述第2共模電流提取電路；直流鏈路濾波電路，其具有連接於前述直流鏈路部與前述假想中性電位線之間之Y型電容器；第1共模線圈，其插入自前述第1共模電流提取電路至前述直流鏈路濾波電路之前述Y型電容器之連接點之路徑；及第2共模線圈，其插入自前述Y型電容器之連接點至前述第2共模電流提取電路之路徑。此外，此處所謂之「Y型電容器」係意味著將2個電容器之一端共通地連接，且前述共通之一端連接於假想中性電位線，2個電容器各自之另一端分別連接於在直流鏈路部中將第1、第2電力轉換電路間連接之線路。 (第1實施形態) 以下，針對第1實施形態參照圖1進行說明。圖1顯示三相交流輸入/三相交流輸出構成之電力轉換裝置。電力轉換裝置1具備配置於輸入側相當於第1電力轉換電路之轉換器2。轉換器2之三相輸入端子經由外部阻抗調整電路4分別連接於三相交流電源3之各相端子。外部阻抗調整電路4具有與各相對應之線圈4u、4v、4w。又，在轉換器2之三相輸入端子連接有第1共模提取電路5。第1共模提取電路5具備例如與未圖示之各相對應之電容器，該等3個電容器之一端分別連接於所對應之相，另一端共通連接於假想中性電位線6。共模提取電路5提取在三相交流電源線中流動之共模電流並使其流動至假想中性電位線6。此外，共模提取電路5可具備串聯地連接於三相電容器與假想中性電位線6之間之共模扼流線圈。轉換器2將被輸入之三相交流電源轉換為直流電源並輸出。轉換器2之輸出端子經由直流鏈路部7連接於配置於輸出側相當於第2電力轉換電路之反相器8之輸入端子。在直流鏈路部7中插入有直流鏈路濾波電路9。濾波電路9具備共模扼流線圈10及11之串聯電路，線圈10之一端與轉換器2之輸出端子、線圈11之一端與反相器8之輸入端子分別連接。即，線圈10及11之串聯電路插入自轉換器2至反相器8之路徑。線圈10、11分別相當於第1、第2共模扼流線圈。在線圈10及11之共通連接點分別連接有2個電容器12a、12b之一端，電容器12a、12b之另一端共通地連接於假想中性電位線6。以下，有將該另一端被共通地連接之2個電容器12a、12b稱為Y型電容器12之情形。濾波電路9係所謂T型共模濾波器。又，在轉換器2之輸出端子間與反相器8之輸入端子間分別連接有平滑電容器13、14。反相器8之各相輸出端子連接於負載即三相馬達15之各相定子線圈。又，在上述各相輸出端子與假想中性電位線6之間，連接有與第1共模提取電路5相同之第2共模提取電路16。馬達15之殼體與電源3分別與大地E接地。又，在假想中性電位線6與大地E之間連接有LC濾波電路17。LC濾波電路17具備：連接於假想中性電位線6與大地E之間之電容器18、及並聯地連接於該電容器18之線圈19及電容器20之串聯電路。根據如以上般構成之本實施形態，與專利文獻1之先前構成比較，藉由在直流鏈路部7具備直流鏈路濾波電路9外，並在直流鏈路濾波電路9與大地E之間具備LC濾波電路17，而能夠更加提高漏電流之抑制效果。又，藉由設置外部阻抗調整電路4，使假想中性電位線6側之阻抗相對降低，而能夠進一步提高漏電流之抑制效果。 (第2實施形態) 以下，針對與第1實施形態相同之部分賦予相同之符號且省略其說明，針對不同之部分進行說明。圖2係局部地顯示取代直流鏈路濾波電路9之第2實施形態之直流鏈路濾波電路21之構成者。直流鏈路濾波電路21在Y電容器12之共通連接點與假想中性電位線6之間插入有線圈22。藉由使用如上述之直流鏈路濾波電路21，能夠提高抑制漏電流之頻率之選擇性。 (第3實施形態) 圖3所示之第3實施形態之電力轉換裝置23係更具體地顯示第1實施形態之電力轉換裝置1之各構成部分且變更了一部分之構成者。第1共模提取電路5如第1實施形態中所說明般具備與各相對應之電容器5u、5v、5w。第2共模提取電路16具備：與各相對應之電容器16u、16v、16w、及連接於其等與假想中性電位線6之間之共模扼流線圈16A、16B、16C。轉換器2及反相器8係將6個開關元件三相橋接而構成。在各開關元件反並聯地連接有回流二極體，在各相橋臂間分別並聯地連接有電容器。此外，馬達15除顯示各相定子線圈15u、15v、15w外，還顯示在配線電阻或配線電感與大地E之間形成之寄生電容。又，作為LC濾波電路17之變化係將連接於假想中性電位線6與大地E之間之方向設為與第1實施形態相反。 LC濾波電路17之時間常數為了藉由共振現象抑制在高於轉換器2、反相器8之開關頻率之頻率下產生峰值之漏電流之成分，而以在產生前述峰值之頻率下為低阻抗之方式設定。此時，LC濾波電路17之合計電容設定為開關頻率下之漏電流成分不成為問題之程度。分別地，圖5係顯示針對專利文獻1之先前構成產生之漏電流波形者，圖4係顯示針對第3實施形態之構成產生之漏電流波形者。在第3實施形態之構成中，漏電流之最大振幅相對於先前構成為1/4左右。 (第4實施形態) 圖6所示之第4實施形態之電力轉換裝置31係用於例如太陽能發電裝置等所使用之電源調節器之情形。電源32係例如太陽能電池，產生並輸出直流電力。相當於第1電力轉換電路之DC-DC轉換器33經由外部阻抗調整電路34連接於電源32。外部阻抗調整電路34由例如共模扼流線圈構成。在DC-DC轉換器33之輸入端子與假想中性電位線6之間連接有第1共模提取電路35。DC-DC轉換器33將被輸入之直流電壓轉換為不同之電壓並輸出。 DC-DC轉換器33之輸出端子經由直流鏈路部7連接於相當於第2電力轉換電路之DC-AC反相器36之輸入端子。反相器36之輸出端子經由外部阻抗調整電路37連接於負載38。反相器36將被輸入之直流電力轉換為單相交流電力並輸出至負載38。負載38係例如商用交流電源系統之單相交流電源線。在反相器36之輸出端子與假想中性電位線6之間連接有第2共模提取電路39。此外，針對共模提取電路35、39根據漏電流或雜訊之產生狀況只要在阻抗調整為必要時進行連接即可。根據如以上般構成之第4實施形態，能夠將電力轉換裝置31應用於電源調節器。 (第5實施形態) 圖7所示之第5實施形態之電力轉換裝置41係2個第2電力轉換電路並聯地連接於直流鏈路部7之構成。經由外部阻抗調整電路43連接於直流鏈路部7與負載42之間之轉換器44係進行DC-DC轉換。外部阻抗調整電路43具備：共模扼流線圈43a，及連接於負載42側之端子間之電容器43b。在轉換器44之輸出端子與假想中性電位線6之間連接有第2共模提取電路39。於假想中性電位線6插入有電流限制電路45。電流限制電路45係為了阻止過大之電流在假想中性電位線6中流動而配置，例如除了由電阻單體或電感單體構成外，還可由RC並聯電路等之考量到頻率特性之電路構成。於轉換器2之輸出端子，經由另一直流鏈路濾波電路46而連接有平滑電容器47、反相器8及三相馬達15。濾波電路46相當於並聯直流鏈路濾波電路。反相器8之各相輸出端子分別連接於共模提取電路16之輸入端子。構成直流鏈路濾波電路46之Y型電容器之共通連接點經由假想中性電位共有線48而連接於假想中性電位線6。在共模提取電路16與假想中性電位共有線48之間連接有另一電流限制電路49。此外，假想中性電位共有線48之連接形態不限定於圖示者，只要連接於非電力線之部分即可。當在複數個頻率下漏電流變大之情形時，以在該頻率下LC濾波電路17為低阻抗之方式設計時間常數。根據如以上般構成之第5實施形態，藉由在直流鏈路部7並聯地連接作為第2電力轉換電路之轉換器44、及反相器8，且共有假想中性電位線6，即便在使其等各自動作之構成中，仍能夠抑制漏電流。（第6～第8實施形態）第6～第8實施形態顯示插入第1及第2共模扼流線圈之位置之變化。此外，在與該等實施形態對應之圖8至圖10中賦予與第1實施形態對應之構成之符號而簡略地顯示，直流鏈路部9之Y型電容器12亦以1個電容器之符號表示。在圖8所示之第6實施形態中，將共模扼流線圈11插入自反相器8至共模提取電路16之路徑。在圖9所示之第7實施形態中，將共模扼流線圈10插入自共模提取電路5至轉換器2之路徑。在圖10所示之第8實施形態中，將共模扼流線圈10插入自共模提取電路5至轉換器2之路徑，且將共模扼流線圈11插入自反相器8至共模提取電路16之路徑。如其等般構成之情形亦可獲得與第1實施形態相同之效果。 (其他之實施形態) 第1電力轉換電路可為利用二極體整流進行電力轉換之構成。在第1～第4、第6～第8實施形態中，可將電流限制電路插入假想中性電位線6。當並聯使用2個以上第1～第4、第6～第8實施形態之電力轉換裝置時，可藉由將其等之假想中性電位線6共通地連接而構成電力轉換系統。在第5實施形態中，可將第2電力轉換電路以後之構成設為並聯連接3組以上。雖然說明了本發明之若干個實施形態，但該等實施形態係作為例子而提出者，並非意欲限定本發明之範圍。該等新穎之實施形態可以其他各種形態實施，在不脫離發明之要旨之範圍內可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變化係包含於本發明之範圍及要旨內，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。

1‧‧‧電力轉換裝置

2‧‧‧轉換器

3‧‧‧三相交流電源/電源

4‧‧‧外部阻抗調整電路

4u‧‧‧線圈

4v‧‧‧線圈

4w‧‧‧線圈

5‧‧‧第1共模提取電路/共模提取電路

5u‧‧‧電容器

5v‧‧‧電容器

5w‧‧‧電容器

6‧‧‧假想中性電位線

7‧‧‧直流鏈路部

8‧‧‧反相器

9‧‧‧直流鏈路濾波電路/濾波電路

10‧‧‧共模扼流線圈/線圈

11‧‧‧共模扼流線圈/線圈

12‧‧‧Y型電容器/Y電容器

12a‧‧‧電容器

12b‧‧‧電容器

13‧‧‧平滑電容器

14‧‧‧平滑電容器

15‧‧‧三相馬達/馬達

15u‧‧‧定子線圈

15v‧‧‧定子線圈

15w‧‧‧定子線圈

16‧‧‧第2共模提取電路/共模提取電路

16A‧‧‧共模扼流線圈

16B‧‧‧共模扼流線圈

16C‧‧‧共模扼流線圈

16u‧‧‧電容器

16v‧‧‧電容器

16w‧‧‧電容器

17‧‧‧LC濾波電路

18‧‧‧電容器

19‧‧‧線圈

20‧‧‧電容器

21‧‧‧直流鏈路濾波電路

22‧‧‧線圈

23‧‧‧電力轉換裝置

31‧‧‧電力轉換裝置

32‧‧‧電源

33‧‧‧DC-DC轉換器

34‧‧‧外部阻抗調整電路

35‧‧‧第1共模提取電路/共模提取電路

36‧‧‧DC-AC反相器/反相器

37‧‧‧外部阻抗調整電路

38‧‧‧負載

39‧‧‧第2共模提取電路/共模提取電路

41‧‧‧電力轉換裝置

42‧‧‧負載

43‧‧‧外部阻抗調整電路

43a‧‧‧共模扼流線圈

43b‧‧‧電容器

44‧‧‧轉換器

45‧‧‧電流限制電路

46‧‧‧直流鏈路濾波電路/濾波電路

47‧‧‧平滑電容器

48‧‧‧假想中性電位共有線

49‧‧‧電流限制電路

E‧‧‧大地

圖1係第1實施形態，係顯示三相交流輸入/三相交流輸出構成之電力轉換裝置之功能方塊圖。圖2係第2實施形態，係局部地顯示直流鏈路濾波電路之構成之圖。圖3係第3實施形態，係更詳細地顯示第1實施形態之構成之圖。圖4係顯示當應用第3實施形態之構成時產生之漏電流之波形之圖。圖5係顯示當應用先前構成時產生之漏電流之波形之圖。圖6係第4實施形態，係顯示應用於電源調節器之電力轉換裝置之功能方塊圖。圖7係第5實施形態，係顯示使第2電力轉換電路並聯化之電力轉換裝置之功能方塊圖。圖8係第6實施形態，係簡略地顯示電力轉換裝置之構成之功能方塊圖。圖9係第7實施形態，係簡略地顯示電力轉換裝置之構成之功能方塊圖。圖10係第8實施形態，係簡略地顯示電力轉換裝置之構成之功能方塊圖。

Claims

一種電力轉換裝置，其具備以下構成：第1電力轉換電路，其將自外部輸入之電力轉換並輸出；第2電力轉換電路，其經由直流鏈路部而連接於前述第1電力轉換電路，且將被輸入之電力轉換並輸出至負載；平滑電容器，其設置於前述第1電力轉換電路之輸出部及前述第2電力轉換電路之輸入部；第1共模電流提取電路，其設置於前述第1電力轉換電路之輸入部；第2共模電流提取電路，其設置於前述第2電力轉換電路之輸出部；假想中性電位線，其連接前述第1共模電流提取電路與前述第2共模電流提取電路；直流鏈路濾波電路，其具有連接於前述直流鏈路部與前述假想中性電位線之間之Y型電容器；第1共模線圈，其插入於自前述第1共模電流提取電路至前述直流鏈路濾波電路之前述Y型電容器之連接點之路徑；及第2共模線圈，其插入於自前述Y型電容器之連接點至前述第2共模電流提取電路之路徑。
如請求項1之電力轉換裝置，其中前述第1及第2共模線圈串聯地連接，且配置於前述直流鏈路濾波電路內；前述Y型電容器連接於前述第1及第2共模線圈之共通連接點與前述假想中性電位線之間。
如請求項1或2之電力轉換裝置，其中前述濾波電路具備插入於前述Y型電容器之共通連接點與前述假想中性電位線之間之線圈。
如請求項1之電力轉換裝置，其具備連接於前述假想中性電位線與接地電位之間之LC濾波電路。
如請求項2之電力轉換裝置，其具備連接於前述假想中性電位線與接地電位之間之LC濾波電路。
如請求項3之電力轉換裝置，其具備連接於前述假想中性電位線與接地電位之間之LC濾波電路。
如請求項1之電力轉換裝置，其中在前述第1共模電流提取電路之輸入部及/或前述第2共模電流提取電路之輸出部具備外部阻抗調整電路。
如請求項2之電力轉換裝置，其中在前述第1共模電流提取電路之輸入部及/或前述第2共模電流提取電路之輸出部具備外部阻抗調整電路。
如請求項3之電力轉換裝置，其中在前述第1共模電流提取電路之輸入部及/或前述第2共模電流提取電路之輸出部具備外部阻抗調整電路。
如請求項4之電力轉換裝置，其中在前述第1共模電流提取電路之輸入部及/或前述第2共模電流提取電路之輸出部具備外部阻抗調整電路。
如請求項5之電力轉換裝置，其中在前述第1共模電流提取電路之輸入部及/或前述第2共模電流提取電路之輸出部具備外部阻抗調整電路。
如請求項6之電力轉換裝置，其中在前述第1共模電流提取電路之輸入部及/或前述第2共模電流提取電路之輸出部具備外部阻抗調整電路。
如請求項1之電力轉換裝置，其具備： 2條以上相當於前述第2電力轉換電路之並聯電力轉換電路；並聯直流鏈路部，其連接前述第1電力轉換電路之輸出部與前述並聯電力轉換電路之輸入部之間；及並聯直流鏈路濾波電路，其連接於前述並聯直流鏈路部與前述假想中性電位線之間。
如請求項1之電力轉換裝置，其具備插入於前述假想中性電位線之電流限制電路。
一種電力轉換系統，其具備以下構成：具備複數台如請求項1之電力轉換裝置；且前述複數台電力轉換裝置之假想中性電位線被共通地連接。