TWI665853B - 電力轉換裝置 - Google Patents

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李享度
梁相熙
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Abstract

本發明的示例性實施例提供一種電力轉換裝置，電力轉換裝置接收引入到初級側中的電力並且通過線圈的電磁感應轉換電力的強度以將經轉換電力供應到次級側中，電力轉換裝置包含：第一溫度感測器，第一溫度感測器經配置以測量線圈的溫度以產生第一測量溫度；電力阻斷開關，電力阻斷開關經配置以將引入到初級側中的外部電力傳遞到線圈，或阻止外部電力傳遞到線圈；以及電力線控制單元，電力線控制單元經配置以控制電力阻斷開關以當第一測量溫度高於或等於預設第一參考溫度時阻止引入到初級側中的電力傳遞到線圈。

Description

電力轉換裝置
本發明是有關於一種電力轉換裝置，並且更具體而言，是有關於一種用於將在電力轉換操作期間發生火災的風險降至最低的電力轉換裝置。
一般來說，電力轉換裝置(例如，變壓器)是用於通過使用電磁感應現象轉換交流(alternating current,AC)電流或電壓值的裝置，並且串聯連接到傳輸和配電系統上。電力轉換裝置(例如，變壓器)是接收引入到初級側中的交流電力的電氣設備並且通過電磁感應轉換電壓或電流以將經轉換的電壓或電流供應到次級側中。工業發展以及電力需求的快速增加需要高容量電氣設施，因此正在研發高電壓且高容量的變換器以及小型且輕量的電力設施。
所述電氣設施通常用於良好的環境中以在電力轉換裝置發生故障或損壞時執行由於功率損耗而將付出昂貴代價的或致命的工作。例如，用於將電力供應到用於有源矩陣有機發光二極體(active matrix organic light-emitting diode,AMOLED)、液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)和半導體的製造設備中的電力轉 換裝置發生故障不僅會導致生產暫停，而且會對設備本身以及其週邊設備造成嚴重損害，由此需要替換昂貴的設備。此外，這種故障可能會引起電擊、火災或***，從而引起對員工造成傷害。
因此，需要通過監視電力轉換裝置的狀態來預測潛在故障並且通過調整電力轉換裝置的操作條件為故障做準備。然而，在這種情況下，由於監視功能的不足而難以確保電力轉換裝置的安全性。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
(專利文獻1)第2013-0047978號韓國專利公開案。
本發明提供一種狀態得到監視的電力轉換裝置。本發明還提供一種基於監視結果安全性得到改進的電力轉換裝置。本發明還提供一種故障得到防止且可靠性得到保護的電力轉換裝置。
根據示例性實施例，提供一種電力轉換裝置，所述電力轉換裝置接收引入到初級側中的電力並且通過線圈的電磁感應轉換電力的強度以將經轉換電力供應到次級側中，所述電力轉換裝置包含：第一溫度感測器，所述第一溫度感測器經配置以測量線圈的溫度以產生第一測量溫度；電力阻斷開關，所述電力阻斷開關經配置以將引入到初級側中的外部電力傳遞到線圈，或阻止外部電力傳遞到線圈；以及電力線控制單元，所述電力線控制單元經配置以控制電力阻斷開關以當第一測量溫度高於或等於預設第一參考溫度時阻止引入到初級側中的電力傳遞到線圈。
電力轉換裝置可以進一步包含第二溫度感測器，所述第二溫度感測器經配置以通過測量電力轉換裝置的內部溫度而產生第二測量溫度，其中電力線控制單元控制電力阻斷開關以當第二測量溫度高於或等於預設第二參考溫度時阻止引入到初級側中的電力傳遞到線圈。
第二參考溫度可以高於第一參考溫度。第一參考溫度可以是50℃，並且第二參考溫度可以是144℃。
電力轉換裝置可以進一步包含風扇，所述風扇經配置以將電力轉換裝置內的氣流排放到外部，其中電力線控制單元控制電力阻斷開關以當風扇的旋轉數小於風扇的預設參考旋轉數時防止引入到初級側中的電力傳遞到線圈。
根據第一參考溫度和第二參考溫度可以不同地設定風扇的參考旋轉數。
當第一測量溫度高於或等於第一參考溫度，並且第二測量溫度低於第二參考溫度時，風扇的參考旋轉數可以被設定為風扇的第一參考旋轉數；當第一測量溫度低於第一參考溫度，並且第二測量溫度高於或等於第二參考溫度時，風扇的參考旋轉數可以被設定為風扇的第二參考旋轉數，其小於風扇的第一參考旋轉數；並且當第一測量溫度高於或等於第一參考溫度，並且第二測量溫度高於或等於第二參考溫度時，風扇的參考旋轉數可以被設定為風扇的第三參考旋轉數，其小於風扇的第二參考旋轉數。
電力轉換裝置可以進一步包含溫度顯示單元，所述溫度顯示單元經配置以顯示第一和第二測量溫度；以及警報產生器，所述警報產生器經配置以當第一測量溫度高於或等於第一參考溫 度，或第二測量溫度高於或等於第二參考溫度時產生預警警報。
在通過使用三相線圈轉換電力的三相電力轉換裝置的情況下，第一溫度感測器可以提供於三相線圈中的每一者上以單獨地測量所述三相線圈中的每一者的溫度。
可以根據第一測量溫度確定從相應的三相線圈測量到的溫度的平均值。
10‧‧‧電力轉換裝置
100‧‧‧電力阻斷開關
200‧‧‧線圈模組
201‧‧‧初級線圈
202‧‧‧次級線圈
300‧‧‧第一溫度感測器
400‧‧‧第二溫度感測器
500‧‧‧電力線控制單元
600‧‧‧溫度顯示單元
700‧‧‧警報產生器
800‧‧‧風扇
N1‧‧‧線圈的匝數
N2‧‧‧線圈的匝數
V1‧‧‧初級電壓
V2‧‧‧次級電壓
通過結合所附圖式進行的以下描述可以更詳細地理解示例性實施例。
圖1是根據本發明的實施例的電力轉換裝置的方塊圖。
圖2是用於闡述電力轉換裝置的操作的視圖。
圖3是根據本發明的實施例的包含電力線控制單元的電力轉換裝置的照片。
在下文中，將參考附圖詳細地描述具體實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式得到實施，並且不應被解釋為限於在本文中列舉的實施例；相反地，提供這些實施例是為了使本發明將是透徹且完整的，並且這些實施例將把本發明的概念完整地傳達給所屬領域的技術人員。在圖中，相同參考標號表示相同元件。
圖1是根據本發明的實施例的電力轉換裝置的方塊圖，而圖2是用於闡述電力轉換裝置的操作的視圖。
電力轉換裝置10(即，所謂的變壓器)接收引入到初級側中的電力並且通過使用線圈的電磁感應轉換電力的強度以將經轉換電力供應到次級側中。
圖2說明了變壓器以便簡要地闡述電力轉換裝置的操作原理。參考圖2，在線圈纏繞在鐵芯的兩個側面的周圍之後，在一側處電源連接到初級線圈上並且在另一側處電流指示器或負載連接到次級線圈上。當電流在連接到電源上的初級線圈中流動時，在線圈和鐵芯周圍形成磁場。如果從電源供應的電流隨時間變化，則磁場的強度也可以相應地變化。穿過次級線圈(即，相對線圈)的磁場的強度也可以隨時間變化，因為磁場通過鐵芯傳輸。由於電磁感應而在次級線圈(即，相對線圈)中產生感應電動勢，並且因此感應電流流動以使電流指示器的針能夠移動。在交流電源的情況下，也可以在次級線圈(即，相對線圈)處感應出交流電。
安置在連接到電源上的側面處的線圈稱為初級線圈，其中線圈的匝數稱為N1並且外加電壓稱為初級電壓V1。安置在相對側處的線圈稱為次級線圈，其中線圈的匝數稱為N2並且通過初級電壓感應出的電壓稱為次級電壓V2。此處，根據法拉第定律，次級電壓V2的強度通過線圈的匝數之間的相對比率確定。
因此，在電力轉換裝置中，當交流電壓施加到初級線圈時，磁通量通過交流電流變化以在次級線圈中引起感應電動勢。在次級線圈中感應出的電動勢的強度以及兩個線圈的匝數可以表達為以下關係式。
因此，如果想要增加電壓(V2)，則次級線圈的匝數應大於初級線圈的匝數。也就是說，當匝數的比率為N1：N2=1：2時，次級線圈的感應電動勢變成初級線圈的電源電壓的兩倍。
因此，初級線圈201和次級線圈202安置在圖1中所說明的電力轉換裝置10的線圈模組200中。因此，在電力轉換裝置中，外部電源的電力被供應到初級線圈201，並且通過初級線圈201與次級線圈202之間的電磁感應轉換電力的強度並且經轉換電力被輸出到次級線圈。
第一溫度感測器300測量線圈的溫度以產生第一測量溫度。此處，為了測量線圈的溫度，可以直接測量初級線圈201和次級線圈202中的至少一者的溫度，或者可以測量與初級線圈201和次級線圈202一起被模組化的線圈模組200的內部溫度。本發明的實施例示例性地說明了測量與初級線圈201和次級線圈202一起被模組化的線圈模組200的內部溫度。
一般來說，電力轉換裝置10的初級線圈201和次級線圈202經安置以密封在安全殼中，並且所述安全殼用流體填充。所述流體可以容易地耗散由初級線圈201和次級線圈202產生的熱量並且通過熱交換器迴圈以便有效地降低初級線圈201和次級線圈202的操作溫度。此外，所述流體充當初級線圈201與次級線圈202之間的電絕緣材料，或者用於補充安置在線圈周圍的不同類型的絕緣材料，例如，纖維素紙或另一絕緣材料。可以使用具有所需的電氣和熱特性的任何流體。通常，流體可以包含蓖麻油、礦 物油、油(例如，植物油)或合成油(例如，二苯基氯化物或矽酮)。因此，第一溫度感測器300可以測量線圈模組200內側的流體的溫度以產生根據第一測量溫度測量到的溫度。
電力阻斷開關100執行切換操作，用於使引入到初級側中的外部電力能夠傳輸到線圈，或者阻止外部電力傳遞到線圈。電力阻斷開關100可以以多種方式實施。例如，能夠通電/斷電的磁性線圈(magnetic coil,M/C)用於阻止引入到初級側中的外部電力傳遞到初級線圈201。
第二溫度感測器400測量電力轉換裝置10的內部溫度以根據第二測量溫度產生測量到的溫度。電力轉換裝置10在外殼內包含線圈模組200、第一溫度感測器300、第二溫度感測器400、電力阻斷開關100和電力線控制單元500。因此，第二溫度感測器400根據第二測量溫度測量外殼的內部大氣溫度。此處，所述外殼具有其中可以安裝電力轉換裝置10的相應元件的空間，並且阻止和防止元件處於外部中。
另外，電力轉換裝置10進一步包含溫度顯示單元600和警報產生器700。溫度顯示單元600顯示第一和第二測量溫度以使管理員能夠即時地監視電力轉換裝置10的內部溫度狀態。此外，當電力轉換裝置10的內部溫度較高時，警報產生器700產生預警警報。例如，當第一測量溫度高於或等於第一參考溫度，或者第二測量溫度高於或等於第二參考溫度時，產生預警警報以使管理員能夠識別所述溫度。出於參考目的，預警警報可以以各種形式產生，例如，發光二極體(light-emitting diode,LED)警示燈以及揚聲器的警報聲。
當第一測量溫度高於或等於預設第一參考溫度時，電力線控制單元500控制電力阻斷開關100以防止引入到初級側中的電力傳遞到初級線圈。當線圈的溫度，即，線圈模組200的內部溫度高於預設第一參考溫度時，可能存在電力轉換誤差，並且此外可能會由於熱量而發生火災。因此，當線圈模組200的內部溫度高於或等於第一參考溫度時，通過阻止引入到初級側中的電力，即，引入到初級線圈中的電力可以基本上防止發生火災的可能性。
當第二測量溫度高於或等於預設第二參考溫度時，電力線控制單元500控制電力阻斷開關100以阻止引入到初級側中的電力傳遞到初級線圈。類似地，當電力轉換裝置10的內部溫度高於或等於第二參考溫度時，通過阻止引入到初級側中的電力，即，引入到初級線圈201中的電力可以基本上防止發生火災的可能性。
在以上描述中，第一參考溫度被設定為50℃並且第二參考溫度被設定為144℃。第二參考溫度可以高於第一參考溫度。因此，當第一參考溫度高於或等於50℃，或者第二參考溫度高於或等於144℃時，通過阻止引入到初級線圈201中的外部電力可以基本上防止發生火災的可能性。
電力轉換裝置10包含風扇800，用於將電力轉換裝置10內的氣流排放到外部。風扇800使翼或螺旋槳旋轉以將內部空氣排放到外部。電力轉換裝置10在外殼內包含線圈模組200、第一溫度感測器300、第二溫度感測器400、電力阻斷開關100和電力線控制單元500。此外，電力轉換裝置10包含在外殼的壁上的風扇800，例如，通風扇和冷卻風扇，以便防止外殼的內部溫度上升。 當提供風扇800時，電力線控制單元500監視風扇800的移動。由於當風扇800的旋轉數較小時無法順利地排出電力轉換裝置10的內部空氣，因此阻止引入到初級線圈201中的外部電力以防止電力轉換裝置10的溫度升高。為此，當風扇800的旋轉數小於風扇800的預設參考旋轉數時，電力線控制單元500控制電力阻斷開關100以阻止引入到初級側中的電力傳遞到初級線圈201。
根據第一和第二參考溫度可以不同地設定風扇800的參考旋轉數。當第一和第二參考溫度較高時，吹氣效率應增加並且因此風扇800的參考旋轉數(作為用於阻止電力的參考)被設定為較高值。也就是說，當參考溫度較高時，無法容易地阻止電力產生熱量，直到測量到的溫度升高為止。因此，風扇的參考旋轉數可以被設定為較高值，以使熱量能夠從電力轉換裝置10排放到外部。此外，即使測量到的溫度低於或等於參考溫度，也可以通過阻止電力被引入到初級線圈中或當風扇的旋轉數小於風扇的參考旋轉數時通過風扇的持續旋轉防止或抑制熱量產生。
相反地，當第一和第二參考溫度較低時(例如，當第一和第二參考溫度低於上述相對較高的第一和第二參考溫度時)，風扇800的參考旋轉數(作為用於阻止電力的參考)被設定為較低值，因為吹氣效率可能降低。也就是說，由於當參考溫度較低時可容易地且快速地阻止引入到線圈中的電力，因此熱量產生可以顯著減少，並且因此風扇的參考旋轉數可以被設定為較低值。
更詳細地，當第一測量溫度高於或等於第一參考溫度，並且第二測量溫度低於第二參考溫度時，風扇800的參考旋轉數被設定為風扇800的第一參考旋轉數。也就是說，因為第一參考 測量溫度(即，線圈模組的溫度)高於第一參考溫度，所以由於線圈模組中的介電質的特性而存在由熱量引起火災發生的最高可能性。因此，當風扇的第一參考旋轉數被設定為較高值(例如，300轉/分鐘)，並且檢測到風扇的旋轉數小於風扇的第一參考旋轉數時，阻止引入到初級線圈中的電力。當然，主要阻止引入的電力，因為第一測量溫度高於或等於第一參考溫度，並且使用風扇的旋轉數的次級阻止操作被執行為單獨的次級阻止操作。因此，即使在第一阻止操作中產生誤差，也可以通過次級阻止操作完全地實現阻止以肯定地防止在線圈模組中發生火災的可能性。
此外，當第一測量溫度低於第一參考溫度，並且第二測量溫度高於或等於第二參考溫度時，風扇800的參考旋轉數被設定為風扇800的第二參考旋轉數，其小於風扇800的第一參考旋轉數。由於通過外殼保護的電力轉換裝置的測量到的溫度超過第二參考溫度，因此執行電力阻止操作，並且因此由線圈模組引起的發生火災的可能性降低。因此，風扇的第二參考旋轉數可以被設定為比風扇的第一參考旋轉數小得多的值(例如，200轉/分鐘)。
此外，當第一測量溫度高於或等於第一參考溫度，並且第二測量溫度高於或等於第二參考溫度時，風扇800的參考旋轉數被設定為風扇800的第三參考旋轉數，其小於風扇800的第二參考旋轉數。當測量到的溫度中的每一者高於或等於參考溫度中的每一者時阻止電力，但是已產生最大量的熱量。因此，風扇的第三參考旋轉數被設定為最低值(例如，100轉/分鐘)，使得所述風扇不停止直到風扇的旋轉數小於被設定為最低值的風扇的第三參考旋轉數為止，並且因此儘管風扇排量較低，熱量也被不斷地 排放到外部。
電力轉換裝置10可以實施為三相電力轉換裝置10，用於通過使用三個線圈模組200轉換電力。在三相電力轉換裝置10中，三個相位(R、S和T)在其中具有的相位差為120°。在這種情況下，第一溫度感測器300單獨地提供於三相線圈中的每一者上以測量三相線圈中的每一者的溫度。三相線圈的三個測量溫度中的一者可以用作第一測量溫度。或者，三相線圈的三個測量溫度的平均值可以用作第一測量溫度。
出於參考目的，圖3是根據本發明的實施例的包含電力線控制單元500的電力轉換裝置10的照片。參考圖3，電力線控制單元500安置在電力轉換裝置10中以不斷地即時監視電力轉換裝置10的溫度，由此執行例如電力阻止操作的控制操作。
根據本發明的實施例，可以測量電力轉換裝置的線圈溫度或內部溫度以基於測量到的結果阻止供應到線圈中的電力，由此防止在電力轉換裝置中發生火災。根據本發明的實施例，可以即時地監視和顯示電力轉換裝置的線圈溫度或內部溫度，使得管理員可以容易地識別電力轉換裝置的狀態。
雖然本發明已經參考具體實施例進行描述，但是本發明並不限於此，並且本發明的範圍是由所附的申請專利範圍界定的。因此，鑒於以上描述，顯然許多替代修改和變化對所屬領域的技術人員而言將是顯而易見的。因此，本發明涵蓋落入所附的申請專利範圍的精神和範圍內的所有此類替代修改和變化。

Claims (6)

  1. 一種電力轉換裝置，所述電力轉換裝置接收引入到初級側中的電力並且通過線圈的電磁感應轉換所述電力的強度以將所述經轉換電力供應到次級側中，所述電力轉換裝置包括：第一溫度感測器，所述第一溫度感測器經配置以測量所述線圈的溫度以產生第一測量溫度；第二溫度感測器，所述第二溫度感測器經配置以通過測量所述電力轉換裝置的內部溫度而產生第二測量溫度；風扇，所述風扇經配置以將所述電力轉換裝置內的氣流排放到外部；電力阻斷開關，所述電力阻斷開關經配置以將引入到所述初級側中的外部電力傳遞到所述線圈，或阻止所述外部電力傳遞到所述線圈；以及電力線控制單元，所述電力線控制單元經配置以執行：控制所述電力阻斷開關以當所述第一測量溫度高於或等於預設的第一參考溫度時阻止引入到所述初級側中的所述電力傳遞到所述線圈；以及控制所述電力阻斷開關以當所述第二測量溫度高於或等於預設的第二參考溫度時防止引入到所述初級側中的所述電力傳遞到所述線圈，其中所述電力轉換裝置根據所述第一參考溫度和所述第二參考溫度不同地設定所述風扇的所述參考旋轉數，包括：當所述第一測量溫度高於或等於所述第一參考溫度，並且所述第二測量溫度低於所述第二參考溫度時，所述風扇的所述參考旋轉數被設定為所述風扇的第一參考旋轉數；當所述第一測量溫度低於所述第一參考溫度，並且所述第二測量溫度高於或等於所述第二參考溫度時，所述風扇的所述參考旋轉數被設定為所述風扇的第二參考旋轉數，其小於所述風扇的所述第一參考旋轉數；以及當所述第一測量溫度高於或等於所述第一參考溫度，並且所述第二測量溫度高於或等於所述第二參考溫度時，所述風扇的所述參考旋轉數被設定為所述風扇的第三參考旋轉數，其小於所述風扇的所述第二參考旋轉數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電力轉換裝置，其中所述第一參考溫度是50℃，並且所述第二參考溫度是144℃。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電力轉換裝置，其中所述電力線控制單元控制所述電力阻斷開關以當所述風扇的旋轉數小於所述風扇的預設的所述參考旋轉數時防止引入到所述初級側中的所述電力傳遞到所述線圈。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電力轉換裝置，其進一步包括：溫度顯示單元，所述溫度顯示單元經配置以顯示所述第一測量溫度和所述第二測量溫度；以及警報產生器，所述警報產生器經配置以當所述第一測量溫度高於或等於所述第一參考溫度，或所述第二測量溫度高於或等於所述第二參考溫度時產生預警警報。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電力轉換裝置，其中在通過使用三相線圈轉換電力的三相電力轉換裝置的情況下，所述第一溫度感測器提供於所述三相線圈中的每一者上以單獨地測量所述三相線圈中的每一者的溫度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電力轉換裝置，其中根據所述第一測量溫度確定從相應的所述三相線圈測量到的溫度的平均值。
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