JP5325378B2

JP5325378B2 - 電源システムの高調波低減装置

Info

Publication number: JP5325378B2
Application number: JP2006240012A
Authority: JP
Inventors: 充律尾崎; 恵一青山
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: JP2008067433A

Description

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、交流電力を直流電力に変換して出力する電源システムの高調波低減装置に関する。

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

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ＡＰＵ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。

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。

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。

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側それぞれに配置されかつ、前記複数の変圧整流器の入力電圧の位相が互いに異なるように、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらす移相変圧器と、を備え、前記各変圧整流器は、Ｙ−Ｙ−Δ結線の三相変圧器を含み、前記移相変圧器は、Ｙ−Ｙ接続の三相変圧器であって、二次側の巻線が、所定の巻数比で分割された巻線を千鳥結線することにより、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらすよう構成され、前記各変圧整流器が発生する高調波の重畳を低減するように構成される。

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、移相変圧器によって、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。

つまり、前記移相変圧器は、Ｙ−Ｙ接続の三相変圧器であって、二次側の巻線が、所定の巻数比で分割された巻線を千鳥結線することにより、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらすため、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。

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ため、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。

前記各変圧整流器は、三相変圧器を含み、前記三相変圧器は、Ｙ−Ｙ接続の三相変圧器であって、二次側の巻線が、所定の巻数比で分割された巻線を千鳥結線することにより、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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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-#4MAIN 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,R WF AC BUS、L,R ESS AC BUS、L,R NONESS AC BUS、FLT ESS ACBUS）を介して、図示は省略する各種の交流負荷に供給される。

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,R ESS DCBUS、L,R NONESS DC BUS、FLT ESSDC BUS、NO.1-4 FCS DC 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。

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。

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結線の三相変圧器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。

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に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。

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。

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。

各移相変圧器５は、図４に示すように、Ｙ−Ｙ接続の内鉄形三相変圧器であって、その二次側の巻線が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。

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。

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.1-4TRUで互いに異なるようになる。

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。

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。

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。

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。

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。

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
Ｓ電源システム
ＴＲＵ変圧整流器

Claims

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側それぞれに配置されかつ、前記複数の変圧整流器の入力電圧の位相が互いに異なるように、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらす移相変圧器と、を備え、
前記各変圧整流器は、Ｙ−Ｙ−Δ結線の三相変圧器を含み、
前記移相変圧器は、Ｙ−Ｙ接続の三相変圧器であって、二次側の巻線が、所定の巻数比で分割された巻線を千鳥結線することにより、入力電圧に対し出力電圧の位相をずらすよう構成され、
前記各変圧整流器が発生する高調波の重畳を低減するように構成されている電源システムの高調波低減装置。