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技術 電源システムの高調波低減装置

出願人 新明和工業株式会社
発明者 尾崎充律青山恵一
出願日 2006年9月5日 (13年8ヶ月経過) 出願番号 2006-240012
公開日 2008年3月21日 (12年1ヶ月経過) 公開番号 2008-067433
状態 特許登録済
技術分野 交流の給配電 整流装置
主要キーワード 変圧整流器 電源品質 千鳥結線 内鉄形 移相変圧器 補助動力装置 DCバス 三相全波整流回路
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この項目の情報は公開日時点(2008年3月21日)のものです。
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図面 (5)

課題

単一の交流電源1と、複数の変圧整流器21,22とを備えた電源ステムSにおいて、電源品質の向上を図る。

解決手段

単一の交流電源1に対して並列接続されかつ、それぞれ直流電力を出力する複数の変圧整流器21,22と、複数の変圧整流器21,22の入力電圧位相を互いに異ならせる位相調整手段41,42と、を備える。

概要

背景

交流電源からの交流電力整流回路によって直流電力に変換する電源ステムにおいては、交流側に発生する高調波によってその入力電圧に歪みが生じる場合があり、従来より、そうした歪みを低減させるために種々の対策が施されている(例えば特許文献1参照)。
特開平7−288985号公報

概要

単一の交流電源1と、複数の変圧整流器21,22とを備えた電源システムSにおいて、電源品質の向上をる。単一の交流電源1に対して並列接続されかつ、それぞれ直流電力を出力する複数の変圧整流器21,22と、複数の変圧整流器21,22の入力電圧の位相を互いに異ならせる位相調整手段41,42と、を備える。

目的

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単一の交流電源と、複数の変圧整流器とを備えた電源システムにおいて、電源品質の向上を図ることにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

単一の交流電源に対して並列接続されかつ、それぞれ直流電力を出力する複数の変圧整流器と、前記複数の変圧整流器の入力電圧位相を互いに異ならせる位相調整手段と、を備えている電源ステム高調波低減装置

請求項2

請求項1に記載の電源システムの高調波低減装置において、前記位相調整手段は、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらす移相変圧器である電源システムの高調波低減装置。

請求項3

請求項2に記載の電源システムの高調波低減装置において、前記移相変圧器は、前記複数の変圧整流器の入力側それぞれに配置されている電源システムの高調波低減装置。

請求項4

請求項2に記載の電源システムの高調波低減装置において、前記各変圧整流器における変圧器は、前記移相変圧器に構成されている電源システムの高調波低減装置。

技術分野

0001

本発明は、単一の交流電源に対し並列接続された複数の変圧整流器それぞれが、交流電力直流電力に変換して出力する電源ステム高調波低減装置に関する。

背景技術

0002

交流電源からの交流電力を整流回路によって直流電力に変換する電源システムにおいては、交流側に発生する高調波によってその入力電圧に歪みが生じる場合があり、従来より、そうした歪みを低減させるために種々の対策が施されている(例えば特許文献1参照)。
特開平7−288985号公報

発明が解決しようとする課題

0003

ところで、例えば航空機の電源システムとして、複数の変圧整流器を並列に備えて構成されるシステムが存在し、そのシステムでは、例えばAP発電機、外部電源又はエンジン駆動発電機といった単一の交流電源からの交流電力を各変圧整流器によって直流電力に変換して各種の直流負荷に供給する場合がある。

0004

ここで、前記複数の変圧整流器としては同一機種のものが採用されるため、その特性は互いに同じである。そのため、単一の交流電源から供給された交流電力を複数の変圧整流器によって直流電力に変換するときには、高調波に起因する入力電圧の歪みが複数の変圧整流器それぞれで同じように発生し、その歪みが重畳されることになる。その結果、入力電圧の歪みが大きくなって電源品質が大幅に低下してしまうことになり、例えば航空機に装備される各種負荷の、電源品質に対する要求を満たさなくなる虞もある。

0005

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単一の交流電源と、複数の変圧整流器とを備えた電源システムにおいて、電源品質の向上を図ることにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明の一側面によると、電源システムの高調波低減装置は、単一の交流電源に対して並列接続されかつ、それぞれ直流電力を出力する複数の変圧整流器と、前記複数の変圧整流器の入力電圧の位相を互いに異ならせる位相調整手段と、を備える。

0007

この構成によると、単一の交流電源に対して変圧整流器が並列に接続されており、その交流側では各変圧整流器が発生する高調波が重畳して歪みが大きくなるところを、位相調整手段によって、複数の変圧整流器の入力電圧の位相を互いに異ならせるため、変圧整流器に起因する歪みの位相が互いにずれる。その結果、歪みがなまされることになって電源品質の向上が図られる。

0008

ここで、前記位相調整手段は、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらす移相変圧器である、としてもよい。こうすることで、単一の交流電源からの入力電圧を受けて、複数の移相変圧器それぞれがその位相を変えて出力することになり、複数の変圧整流器の入力電圧の位相が互いに異なる。

0009

前記移相変圧器は、前記複数の変圧整流器の入力側それぞれに配置されている、としてもよい。こうすることで、複数の変圧整流器を備えた既存の電源システムに対して、後付けで移相変圧器を設け、電源品質の向上が図られる。

0010

前記各変圧整流器における変圧器は、前記移相変圧器に構成されている、としてもよい。こうすることで、各変圧整流器の変圧器が移相変圧器を兼用するため、その分、部品点数が低減すると共に、システム重量の低減が図られる。その結果、例えば本電源システムを航空機等の移動体の電源システムに適用した場合に有利になる。

発明の効果

0011

以上説明したように、本発明によれば、複数の変圧整流器の入力電圧の位相を互いに異ならせる位相調整手段を備えることによって、複数の変圧整流器それぞれから発生する高調波が互いにずれ、それによって入力電圧の歪みを小さくして電源品質を向上させることができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

0013

図1は、本発明の実施形態に係る電源システムSの構成を示す。この電源システムSは、単一の交流電源1と、複数(図例では2つの)変圧整流器21,22と、を備えている。

0014

2つの変圧整流器21,22は、交流電源1に対して並列に接続されており、交流電源1からの交流電力を直流電力に変換して、複数の直流負荷(直流負荷群3)のそれぞれにその直流電力を供給する。

0015

そして、本電源システムSは、位相調整手段41,42を備えており、この位相調整手段41,42は、前記複数の変圧整流器21,22の入力電圧の位相を互いに異ならせる機能を有している。それによって、単一の交流電源1に対して複数の変圧整流器21,22が並列に接続されており、交流側では、各変圧整流器21,22から発生する高調波が重畳して入力電圧の歪みが大きくなるところを、位相調整手段41,42が、複数の変圧整流器21,22の入力電圧の位相を互いに異ならせるため、変圧整流器21,22に起因する歪みの位相が互いにずれることになる。その結果、歪みがなまされて電源品質の向上が図られる。

0016

図2は、前記電源システムSが、航空機の電源システムSに適用された場合のブロック図を示している。

0017

この電源システムSは、第1〜第4エンジンのそれぞれによって駆動される第1〜第4の交流発電機#1-#4 MAIN AC GENを備えており、各交流発電機MAIN AC GENからの三相交流電力は、各ACバス(L,W WF AC BUS、L,WESS AC BUS、L,W NONESS AC BUS、FLT ESS AC BUS)を介して、図示は省略する各種の交流負荷に供給される。

0018

また、各交流発電機MAIN AC GENからの三相交流電力は、第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUによって直流電力に変換された後、各DCバス(L,WESS DC BUS、L,W NONESS DC BUS、FLT ESS DC BUS、NO.1-4FCSDC BUS)を介して、図示は省略する各種の直流負荷に供給される。

0019

本電源システムSにはさらに、補助動力装置によって駆動されるAPU発電機APU GEN及び、外部電源のポートEXT PWRが備えられており、地上ではAPU発電機APU GEN、外部電源のポートEXT PWR、又は交流発電機MAIN AC GENからの三相交流電力が、第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUに入力されて各種の直流負荷に直流電力が供給される。従って、本実施形態では、APU発電機APU GEN、外部電源のポートEXT PWR又は交流発電機MAIN AC GENが、本発明の単一の交流電源に対応する。尚、上空に置いても単一の交流発電機MAIN AC GENからの三相交流電力が、第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUに入力されて各種の直流負荷に直流電力が供給される場合がある。

0020

図3は、各変圧整流器TRUの構成を示しており、この変圧整流器TRUは、Y−Y−Δ結線三相変圧器61と、ダイオードを含むブリッジ回路により構成された三相全波整流回路62と、から構成されており、変圧器61によって交流電力を変圧し、整流回路62によって全波整流して出力する。尚、第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUは、互いに同じ構成である。

0021

前記構成の変圧整流器TRUは、その整流回路62にダイオードを含んでいるため、そのダイオードがオフからオン切り換わる瞬間に大きく電圧降下し、入力電圧の波形を歪ませ、高調波として現れる。

0022

しかも前記構成の電源システムSでは、APU発電機APU GEN、外部電源EXT PWR又は交流発電機MAIN AC GENから交流電力が供給される場合、同じ構成の第1〜第4の変圧整流器NO.1-4 TRUが、単一の交流電源(APU発電機APU GEN、外部電源EXT PWR又は交流発電機MAIN AC GEN)に並列に接続されることになるため、各変圧整流器TRUで発生した高調波が交流側で重畳し、入力電圧の歪みをさらに大きくしてしまう。

0023

そこで、本電源システムSは、図2に示すように、各変圧整流器TRUの入力側に、位相調整手段としての移相変圧器(第1〜第4移相変圧器51〜54)を設けている。

0024

各移相変圧器5は、図4に示すように、Y−Y接続内鉄形三相変圧器であって、その二次側の巻線千鳥結線とされている。つまり、二次側の巻線はそれぞれ、L1a’とL1b’と、L2a’とL2b’と、L3a’とL3b’と、に分割されており、L1a’とL3b’とが同じ脚に巻回され、L2a’とL1b’とが同じ脚に巻回され、L3a’とL2b’とが同じ脚に巻回されている。そうして、L1a’の他端とL1b’の一端とが互いに接続され、L2a’の他端とL2b’の一端とが互いに接続され、L3a’の他端とL3b’の一端とが互いに接続されている。また、L1a’、L2a’及びL3a’の一端同士が互いに接続され、L1b’、L2b’及びL3b’の他端はそれぞれ、移相変圧器5の出力端子A’,B’,C’に接続されている。

0025

そして、L1a’とL1b’と、L2a’とL2b’と、L3a’とL3b’と、の巻数比はそれぞれ所定の巻数比に設定されており、そのことによって、移相変圧器5の出力電圧は、入力電圧に対して0〜120°の範囲で、その巻数比に対応する位相でずれる。

0026

前記第1〜第4移相変圧器51〜54は、互いに同じ構成とされている(つまり、L1a’とL1b’と、L2a’とL2b’と、L3a’とL3b’と、の巻数比はそれぞれ所定の巻数比で同じである)が、第1〜第4移相変圧器51〜54それぞれと第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUそれぞれとの接続は、互いに異なっている。すなわち、移相変圧器5の出力端子A’,B’,C’と変圧整流器TRUの入力端子との接続が、第1〜第4で互いに異なっている。そのことによって、第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUに入力される交流電圧の位相が、その第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUで互いに異なるようになる。

0027

その結果、変圧整流器TRUに起因する歪みの位相が、第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUで互いにずれることになり、入力電圧の歪みがなまされて電源品質が向上する。

0028

本電源システムSは、複数の変圧整流器TRUを備えた既存の電源システムSに対して、後付けで移相変圧器5を設けることによって構成することが可能である。

0029

尚、移相変圧器5を設ける代わりに、前記第1〜第4変圧整流器NO.1-4 TRUにおける三相変圧器61を移相変圧器に構成してもよい。

0030

以上説明したように、本発明は、複数の変圧整流器それぞれが発生する高調波に起因する入力電圧の歪みを小さくして電源品質を向上させることができるから、航空機や船舶等の移動体の電源システムは勿論のこと、単一の交流電源に対して複数の変圧整流器が並列に接続された各種の電源システムに広く適用することができる。

図面の簡単な説明

0031

電源システムの高調波低減装置の実施方法を示した説明図である。
本発明の電源システムの高調波低減装置を航空機の電源システムに適用した場合の構成を示すブロック図である。
変圧整流器の構成を示す図である。
移相変圧器の構成を示す図である。

符号の説明

0032

1交流電源
21,22変圧整流器
41,42位相調整手段
51〜54移相変圧器(位相調整手段)
S電源システム
TRU 変圧整流器

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