JPH1154346A - インバータ多重化用変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ２台を２台の変圧器で２多重化し
た場合、２台の独立した変圧器全体のコア体積が大きく
なり、変圧器全体が大型重量化する。 【解決手段】 ２台の三相電圧形第１インバータ１と第
２インバータ２の出力側を２多重化する変圧器３で、変
圧器３のコア４が、第１継鉄部５ａと第２継鉄部５ｂと
中間の共通継鉄部５ｃの３継鉄部を備え、共通継鉄部５
ｃの断面積Ｓ' を他の継鉄部５ａ、５ｂの約半分にして
小型軽量化を図り、第１継鉄部５ａと共通継鉄部５ｃの
間の第１脚部６の１次側に第１インバータ１の出力側を
接続し、第２継鉄部５ｂと共通継鉄部５ｃの間の第３脚
部７の１次側に第２インバータ２の出力側を接続して、
第１脚部６と第２脚部７の２次側を直列接続することで
２台のインバータ１、２の２多重化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインバータ式ＳＶＣ
（無効電力補償装置）、分散電源の系統連系用インバー
タ、ＣＶＣＦ（定電圧定周波数）装置等のインバータ応
用装置に適用されるインバータ多重化用変圧器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複数のインバータの出力側を変圧器で直
列接続して多重化することで、インバータ応用装置の高
調波低減や装置容量の増大化が図られている。例えば、
矩形波電圧を出力する三相電圧形インバータ２台を変圧
器で直列接続して２多重化する場合は、図３及び図４に
示すような２台の独立した第１変圧器１１と第２変圧器
１２を使用している。

【０００３】図３は、矩形波電圧を出力する２台の同一
定格の三相電圧形第１インバータ１と第２インバータ２
を２多重化したときの回路図で、第１インバータ１の三
相出力（ｕ' 、ｖ' 、ｗ' ）側を三相三脚形第１変圧器
１１の１次側に接続し、第２インバータ２の三相出力
（ｕ、ｖ、ｗ）側を三相三脚形第２変圧器１２の１次側
に接続して、両変圧器１１、１２の２次側を直列接続す
ることで２多重化が行われる。同回路の場合、第１イン
バータ１と第２インバータ２は、基本周波数で３０゜位
相のずれた矩形波電圧を出力する。また、例えば第１変
圧器１１は１次側をデルタ結線とし、２次側を１次側に
対して３０゜位相の進んだ千鳥結線とした変圧器であ
り、第２変圧器１２は１次側をデルタ結線、２次側をオ
ープンスター結線とした変圧器である。

【０００４】図３の第１変圧器１１と第２変圧器１２
は、図４に示すような夫々に独立した三相三脚形の第１
コア２１と第２コア２２を備える。第１コア２１は上下
一対の継鉄部２１ａ、２１ｂとこの一対を連結する３本
の脚部２３、…で構成され、各脚部２３、…に第１イン
バータ１の三相出力（ｕ' 、ｖ' 、ｗ' ）側の１次巻線
８' 、…と図３に示す２次巻線９' 、…が巻回される。
第２コア２２は上下一対の継鉄部２２ａ、２２ｂとこの
一対を連結する３本の脚部２４、…で構成され、各脚部
２４、…に第２インバータ２の三相出力（ｕ、ｖ、ｗ）
側の１次巻線８、…と２次巻線９、…が巻回される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような２台の三
相電圧形インバータの出力側を２台の三相三脚形変圧器
で２多重化することは、各種技術文献にも掲載された公
知のことであり、多重化機能に問題は無いが、２台の独
立した変圧器が大型で重く、これがインバータ式ＳＶＣ
等のインバータ応用装置の小型軽量化、設備費の低減化
を難しくしている。 本発明の目的とするところは、複
数のインバータ出力を２多重化する変圧器を小型軽量化
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本周波数で
３０゜位相のずれた矩形波電圧を出力する２台の三相電
圧形の第１インバータと第２インバータの夫々の三相出
力側が１次側に接続され、２次側を直列に接続すること
により２台のインバータ出力を２多重化するインバータ
多重化用変圧器であって、変圧器用コアが、平行な一対
の第１継鉄部及び第２継鉄部と、この第１、第２継鉄部
の中間に位置する共通継鉄部と、第１継鉄部と共通継鉄
部を連結する３脚構造の第１脚部と、第２継鉄部と共通
継鉄部を連結する３脚構造の第２脚部とで構成され、こ
のコアの第１脚部の１次側に第１インバータの三相出力
側を接続し、第２脚部の１次側に第２インバータの三相
出力側を接続して、第１脚部と第２脚部の２次側を直列
に接続することで２台のインバータ出力を２多重化し、
共通継鉄部のコアの断面積を第１継鉄部又は第２継鉄部
の断面積の約半分の断面積に設定したことにより、上記
目的を達成するものである。

【０００７】また、本発明変圧器においては、上記コア
の第１脚部と第２脚部の少なくとも一方の１次側に３台
の単相インバータの出力側を接続するようにしてもよ
い。

【０００８】ここで、２台のインバータ出力を２多重化
する単品の変圧器のコアの共通継鉄部は、従来の２台の
三相三脚形変圧器の２台のコアの各一方の継鉄部を共通
化して、断面積を半減させたものに相当する。即ち、本
発明における変圧器のコアの第１脚部とこれに連結され
る第１継鉄部と共通継鉄部で従来の１台の三相三脚形コ
アが構成され、第２脚部とこれに連結される第２継鉄部
と共通継鉄部で従来の別の１台の三相三脚形コアが構成
され、共通継鉄部で２台の変圧器用コアの各一方の継鉄
部を共通化することで、共通継鉄部に流れる磁束が第
１、第２継鉄部に流れる磁束の約半分になって、共通継
鉄部の断面積を第１、第２継鉄部のいずれかの約半分に
設定する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）は、図３と同様な２台
の第１インバータ１と第２インバータ２を２多重化する
実施例の回路図で、図３回路との相違点は第１インバー
タ１と第２インバータ２の出力側を１台の本発明の三相
三脚形変圧器３で２多重化したことである。１台の変圧
器３は、図１（Ｂ）に示すような１台のコア４を備え
る。コア４は、平行な一対の第１継鉄部５ａ及び第２継
鉄部５ｂと、この第１、第２継鉄部５ａ、５ｂの中間に
位置して断面積が第１、第２継鉄部５ａ、５ｂの約半分
である共通継鉄部５ｃと、第１継鉄部５ａと共通継鉄部
５ｃを連結する３脚構造の第１脚部６と、第２継鉄部５
ｂと共通継鉄部５ｃを連結する３脚構造の第２脚部７で
構成される。

【００１０】コア４の第１脚部６の１次側に第１インバ
ータ１の三相出力（ｕ' 、ｖ' 、ｗ' ）側が接続され、
コア４の第２脚部７の１次側に第２インバータ２の三相
出力（ｕ、ｖ、ｗ）側が接続され、第１脚部６と第２脚
部７の２次側を直列接続することで２台のインバータ
１、２の２多重化が行われる。

【００１１】１台のコア４は、図４の２台の変圧器の第
１コア２１と第２コア２２を上下に重ねて一体化したも
のに相当する。即ち、１台のコア４の各継鉄部５ａ、５
ｂ、５ｃが上中下段で並ぶ場合、下段の第１継鉄部５ａ
と共通継鉄部５ｃと第１脚部６で構成されるコア下半分
が図４の第１コア２１に相当する機能を持ち、コア４の
上段の第２継鉄部５ｂと共通継鉄部５ｃと第２脚部７で
構成されるコア上半分が図４の第２コア２２に相当する
機能を持つ。また、コア４の共通継鉄部５ｃが、図４の
第１コア２１の上段の継鉄部２１ｂと第２コア２２の下
段の継鉄部２２ａを共通化させてその断面積を半減させ
たものに相当する。

【００１２】即ち、図１（Ｂ）の部分引き出し断面図に
示すように、コア４の共通継鉄部５ｃの断面積をＳ' と
し、第１継鉄部５ａと第２継鉄部５ｂの断面積が例えば
同一としてこの断面積をＳとすると、共通継鉄部５ｃの
断面積Ｓ' を各継鉄部５ａ、５ｂの断面積Ｓの約半分に
設定する。その理由を図４の第１コア２１と第２コア２
２を参照して説明する。

【００１３】図４における上部位置の第２コア２２の下
段継鉄部２２ａには、ｕ相１次巻線８による磁束Φｕ
と、ｖ相１次巻線８による磁束Φｖの１／２と、ｗ相１
次巻線８による磁束Φｗの１／２とが重なって流れるの
で、下段継鉄部２２ａに流れる磁束Φｐは、 Φｐ＝Φｕ−（Φｖ／２）−（Φｗ／２） である。ここで、三相平衡しているので、 Φｕ＋Φｖ＋Φｗ＝０ が成立する。従って、第２コア２２の下段継鉄部２２ａ
に流れる磁束Φｐは、 Φｐ＝Φｕ−（Φｖ＋Φｗ）／２＝Φｕ（３／２） となり、ｕ相１次巻線８のつくる磁束Φｕの３／２倍と
なる。

【００１４】また、図４における下部位置の第１コア２
１の上段継鉄部２１ｂに流れる磁束Φｑも、上記同様の
計算でｕ相１次巻線８のつくる磁束の３／２倍となる。
この第１コア２１の上段継鉄部２１ｂに流れる磁束Φｑ
の向きは、第２コア２２の下段継鉄部２２ａに流れる磁
束Φｐの向きと逆であり、かつ、位相が３０゜ずれてい
る。この位相ずれは、多重化のために第１インバータ１
の出力電圧が第２インバータ２の出力電圧に対して３０
゜位相遅れとなるように設定されているためである。

【００１５】そこで、図４の第１コア２１の上段継鉄部
２１ｂの真上に第２コア２２の下段継鉄部２２ａを重ね
て共通化すると、上段継鉄部２１ｂと下段継鉄部２２ａ
の共通化部分に流れる磁束Φｃは、 Φｃ＝Φｐ−Φｑ≒３Φｕ／４＝Φｐ／２ となり、共通化前の磁束Φｐの約半分となる。かかる図
４の各コア２１、２２を上下に重ねたときの上段継鉄部
２１ｂと下段継鉄部２２ａの共通化部分は、図１（Ｂ）
のコア４の共通継鉄部５ｃに相当する。

【００１６】従って、コア４の共通継鉄部５ｃに流れる
磁束Φｃが半減化されることによって、共通継鉄部５ｃ
の断面積Ｓ' を上下段の継鉄部５ａ、５ｂの断面積Ｓの
約半分に設定することができる。また、コア４は３つの
継鉄部５ａ、５ｂ、５ｃを持つ構造ゆえに、コア４の継
鉄部全体積は、 継鉄部断面積Ｓ×継鉄部長さＬ×２箇所＋共通継鉄部断
面積Ｓ' ×Ｌ＝２．５ＳＬ となる。他方、図４の２台の第１コア２１と第２コア２
２の全体の継鉄部全体積は、継鉄部断面積Ｓ×継鉄部長
さＬ×４箇所＝４ＳＬである。従って、図１の変圧器３
のコア４の体積と重量が、図４の従来の２台のコア２
１、２２の合計体積と重量より少なくとも４ＳＬ−２．
５ＳＬ＝１．５ＳＬに相当する分だけ低減化されて、２
多重化のための変圧器の小型軽量化、低コスト化が実現
される。

【００１７】以上の実施例は、三相電圧形インバータ２
台の２多重化回路に適用した変圧器であるが、本発明は
この実施例に限らず、三相電圧形インバータ１台の代わ
りに単相インバータ３台を使用したインバータ多重化用
変圧器であってもよく、その実施例を図２に示す。

【００１８】図２は、３台の独立した単相インバータ１
０' 、…と別の３台の独立した単相インバータ１０、…
の出力側を１台の上記変圧器４を使用した２多重化回路
である。各３台ずつの単相インバータ１０' 、…及び１
０、…が変圧器４の１次側に例えばオープンデルタ結線
される。３台の単相インバータ１０' 、…が図１の第１
インバータ１と同様な出力をし、別の３台の単相インバ
ータ１０、…が図１の第２インバータ２と同様な出力を
して、１台の変圧器４で２多重化される。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、複数のインバータを２
多重化する変圧器が１台で済み、かつ、この単品の変圧
器のコアの共通継鉄部の断面積が他の継鉄部の断面積の
約半分に設定したので、インバータ多重化用変圧器の小
型軽量化、低コスト化が可能となり、この変圧器を使用
したインバータ応用装置の小型軽量化と低コスト化、設
置スペースの縮小化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明の一実施例を説明するため
の三相インバータ多重化回路図、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）で使用される変圧器の部分引き出し断面を含むコ
ア正面図

【図２】本発明の他の実施例を説明するための単相イン
バータ多重化回路図

【図３】２台のインバータの従来変圧器を使用した２多
重化回路図

【図４】図３の２台の変圧器のコア正面図

【符号の説明】

１ 第１インバータ ２ 第２インバータ ３ 変圧器 ４ コア ５ａ 第１継鉄部 ５ｂ 第２継鉄部 ５ｃ 共通継鉄部 ６ 第１脚部 ７ 第２脚部 １０ 単相インバータ １０' 単相インバータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本周波数で３０゜位相のずれた矩形波
   電圧を出力する２台の三相電圧形の第１インバータと第
   ２インバータの夫々の三相出力側が１次側に接続され、
   ２次側を直列に接続することにより２台のインバータ出
   力を２多重化するインバータ多重化用変圧器であって、 変圧器用コアが、平行な一対の第１継鉄部及び第２継鉄
   部と、この第１、第２継鉄部の中間に位置する共通継鉄
   部と、第１継鉄部と共通継鉄部を連結する３脚構造の第
   １脚部と、第２継鉄部と共通継鉄部を連結する３脚構造
   の第２脚部とで構成され、このコアの第１脚部の１次側
   に第１インバータの三相出力側を接続し、第２脚部の１
   次側に第２インバータの三相出力側を接続して、第１脚
   部と第２脚部の２次側を直列に接続することで２台のイ
   ンバータ出力を２多重化し、共通継鉄部のコアの断面積
   を第１継鉄部又は第２継鉄部の断面積の約半分の断面積
   に設定したことを特徴とするインバータ多重化用変圧
   器。
2. 【請求項２】 上記コアの第１脚部と第２脚部の少なく
   とも一方の１次側に３台の単相インバータの出力側を接
   続するようにしたことを特徴とする請求項１記載のイン
   バータ多重化用変圧器。