JP2004248341A - 多パルス整流変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】変圧器巻線と整流器とを一体的に組合せることによって、巻線接続の簡略化が図られ、かつ、小型化が可能な多パルス整流変圧器を提供する。
【解決手段】３相交流を入力し、この３相交流に対してそれぞれ位相が所定角だけずれた２つの３相交流を出力する変圧器（変圧器１４）と、この変圧器（１４）の鉄心（１１）の継鉄に固定された端子台板（１８）と、端子台板（１８）にそれぞれ実装され、変圧器（１４）から出力される３相交流を入力して直流を出力する２個の整流器（２２，２３）とを備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機の高調波低減対策を講じるのに好適な多パルス整流変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機や送風機を可変速駆動するインバータ装置を備えた空気調和機は、３相交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を可変周波数の交流に変換して駆動電動機に供給する構成になっている。
【０００３】
この場合、ダイオードが３相ブリッジ接続された全波整流器を用いて交流を直流に変換すると、直流側に大きな電流リップルが生じ、これが商用の３相交流電源側での高調波となる。この高調波が様々な障害を引き起こす場合には、３相電源経路に、例えば、アクティブフィルタを設けて高調波を低減する必要がある。
【０００４】
しかし、高調波低減対策としてのアクティブフィルタは装置自体が高価であるため、空気調和機の価格が高騰する一因になっていた。そこで、より安価な高調波低減対策として、３相交流電圧をそのまま整流する整流回路と、この３相交流電圧に対して所定の角度だけ位相がずれた３相交流電圧を出力する１台の変圧器と、この変圧器の出力を全波整流して直流に変換し、３相交流電圧をそのまま整流する整流回路の出力経路に供給する２つの補助整流回路とを備えた「１８パルス整流器」と呼ばれる高調波を低減して直流出力を行う整流器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図７は１８パルス整流器を構成する変圧器の具体的な巻線構造を表す変圧器ベクトル図である。図中、電源の３相交流電圧が正三角形Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１で表される。この正三角形の頂点Ｒ１を中心にして残りの２つの頂点Ｓ１，Ｔ１を結んで描いた円弧を３等分して得られた２点をそれぞれＳ３，Ｔ２とする。また、正三角形の頂点Ｓ１を中心にして残りの２つの頂点Ｔ１，Ｒ１を結んで描いた円弧を３等分して得られた２点をそれぞれＴ３，Ｒ２とする。さらに、正三角形の頂点Ｔ１を中心にして残りの２つの頂点Ｒ１，Ｓ１を結んで描いた円弧を３等分して得られた２点をそれぞれＲ３，Ｓ２とする。
【０００６】
次に、正三角形の頂点Ｒ１を通り、対向する一辺に平行な直線と、円弧上の２点Ｔ３，Ｒ２を通る直線及び円弧上の２点Ｒ３，Ｓ２を通る直線との交点をそれぞれＲ４，Ｒ５とする。また、正三角形の頂点Ｓ１を通り、対向する一辺に平行な直線と、円弧上の２点Ｒ３，Ｓ２を通る直線及び円弧上の２点Ｓ３，Ｔ２を通る直線との交点をそれぞれＳ４，Ｓ５とする。さらに、正三角形の頂点Ｔ１を通り、対向する一辺に平行な直線と、円弧上の２点Ｓ３，Ｔ２を通る直線及び円弧上の２点Ｔ３，Ｒ２を通る直線との交点をそれぞれＴ４，Ｔ５とする。
【０００７】
これによって、点Ｒ４−Ｒ５−Ｓ４−Ｓ５−Ｔ４−Ｔ５−Ｒ４を連ねてなる六角形の変圧器ベクトル図が形成される。このうち、線分Ｒ４−Ｒ５がＲ相第１コイル４２に、線分Ｓ５−Ｔ４がＲ相第２コイル４３にそれぞれ対応し、線分Ｓ４−Ｓ５がＳ相第１コイル４５に、線分Ｔ５−Ｒ４がＳ相第２コイル４６にそれぞれ対応し、線分Ｔ４−Ｔ５がＴ相第１コイル４８に、線分Ｒ５−Ｓ４がＴ相第２コイル４９にそれぞれ対応している。そして、線分の長さがＲ，Ｓ，Ｖ各相の鉄心に対するコイルの巻数に相当し、各線分の一端部に付加された「・」は極性が、例えば、「正」であることを表している。
【０００８】
図８は図７に示した変圧器ベクトル図を満たす変圧器４０の巻線構造図であり、図７中の等分点及び交点を示す符号が対応する巻線の端子又はタップとして表されている。この図８において、Ｒ相鉄心４１にＲ相第１コイル４２及びＲ相第２コイル４３が巻装され、このうち、Ｒ相第１コイル４２には中間タップＲ１が設けられ、Ｒ相第２コイル４３には中間タップＴ２，Ｓ３が設けられている。また、Ｓ相鉄心４４にＳ相第１コイル４５及びＳ相第２コイル４６が巻装され、このうち、Ｓ相第１コイル４５には中間タップＳ１が設けられ、Ｓ相第２コイル４６には中間タップＲ２，Ｔ３が設けられている。さらに、Ｔ相鉄心４７にはＴ相第１コイル４８及びＴ相第２コイル４９が巻装され、このうちＴ相第１コイル４８には中間タップＴ１が設けられ、Ｔ相第２コイル４９９には中間タップＳ２，Ｒ３が設けられている。
【０００９】
また、Ｒ相第１コイル４２の一端Ｒ４がＳ相第２コイル４６の一端Ｒ４に、Ｓ相第１コイル４５の一端Ｓ４がＴ相第２コイル４９の一端Ｓ４に、Ｔ相第１コイル４８の一端Ｔ４がＲ相第２コイル４３の一端Ｔ４にそれぞれ接続され、Ｒ相第１コイル４２の他端Ｒ５がＴ相第２コイル４９の他端Ｒ５に、Ｓ相第１コイル４５の他端Ｓ５がＲ相第２コイル４３の他端Ｓ５に、Ｔ相第１コイル４８の他端Ｔ５がＳ相第２コイル４６の他端Ｔ５にそれぞれ接続されている。そして、中間タップＲ１，Ｓ１，Ｔ１から導線が引き出されて３相交流の入力端子Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１となり、中間タップＲ２，Ｓ２，Ｔ２から導線が引き出されて第１の３相交流出力端子Ｒ２，Ｓ２，Ｔ２となり、中間タップＲ３，Ｓ３，Ｔ３，から導線が引き出されて第２の３相交流出力端子Ｒ３，Ｓ３，Ｔ３となっている。
【００１０】
【特許文献】
特開２００２−１０６４６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した多パルス整流器を構成する変圧器は、３相交流電源電圧の入力端子と、交流電源電圧に対してそれぞれ移相された２つの３相交流電圧を出力するための出力端子とで合計９個の端子を必要とし、さらに、他の鉄心に跨って巻線を接続する多数の接続部が存在する。このため、極めて多くの端子が必要になり、接続が面倒な上に間違いが生じるおそれがあった。
また、上記の変圧器とは別個に複数の整流器を接続しなければならないため、装置が大型化してしまうという問題もあった。
【００１２】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、変圧器巻線と整流器とを一体的に組合せることによって、巻線接続の簡略化が図られ、かつ、小型化が可能な多パルス整流変圧器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
３相交流を入力し、この３相交流に対してそれぞれ位相が所定角だけずれた２つの３相交流を出力する変圧器と、
変圧器の鉄心の継鉄に固定された端子台板と、
端子台板にそれぞれ実装され、変圧器から出力される３相交流を入力して直流を出力する２個の整流器と、
を備えた多パルス整流変圧器である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の多パルス整流変圧器において、２個の整流器はそれぞれ外部接続用の直流出力端子を備えたものである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の多パルス整流変圧器において、さらに、端子台板に中継端子が実装され、２個の整流器はそれぞれ外部接続用の直流出力端子を備え、これらの直流出力端子が極性を揃えて中継端子に並列接続されたものである。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の多パルス整流変圧器において、変圧器の巻線に対して３相交流を入、出力する以外の電線が全て中継コネクタで接続されたものである。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の多パルス整流変圧器において、端子台板は変圧器の継鉄に沿って細長く形成され、中央部に多極の中継端子が実装され、両端部に整流器が実装され、変圧器の巻線相互の接続が中継端子を介して行われるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る多パルス整流変圧器の第１の実施形態の構成を示す平面図であり、図２（ａ）はこの多パルス整流変圧器の主要素の実装状態を示す斜視図であり、図２（ｂ）はそのＸ矢視方向側面図である。なお、図１においては、理解を容易にするために変圧器の鉄心幅を拡大して表している。
【００１９】
これら各図において、多パルス整流変圧器１０Ａは、主に、変圧器１４と、この変圧器１４の鉄心１１に一体的に結合された端子台板１８と、この端子台板１８上に実装された端子台２１Ａ及び整流器２２、２３とで構成されている。
【００２０】
このうち、変圧器１４は３脚の鉄心１１の各脚にＵ相巻線１２Ｕ、Ｖ相巻線１２Ｖ、Ｗ相巻線１２Ｗが巻装された内鉄形変圧器でなっている。これらＵ，Ｖ，Ｗの各相巻線は、それぞれ１次巻線と複数の２次巻線とでなり、場合によってこれらの巻線から中間タップが取り出される場合がある。そしてこれらが互いに他の相の巻線と接続されて３相交流電源電圧に対して、例えば、約４０度だけ位相が進んだ３相交流電圧と、約４０度だけ位相が遅れた３相交流電圧を出力するように、巻回数及び接続順が決定されている。
【００２１】
鉄心１１の一方の継鉄、すなわち、図面の上方の継鉄の両側面に誘電性の固定補助板１５が配置され、これらの固定補助板１５と端子台板１８とが鉄心１１を貫通する１対のネジ１６及びナット１７によって共締めされている。端子台板１８は略直角に折り曲げられた取付基部と載置部とでなり、取付基部は継鉄の長さよりも僅かに短い横幅を有し、載置部は継鉄の両端部に延出する長い横幅（継鉄の長手方向）を有している。この場合、載置部が継鉄の上面に対して略平行にして浮いた状態に端子台板１８が取り付けられている。
【００２２】
そして、この端子台板１８の載置部の幅方向の中間位置に７極の端子台２１Ａが実装され、載置部の一端部に進相３相交流電圧を全波整流する整流器２２が、その他端部に遅相の３相交流電圧を整流する整流器２３がそれぞれ実装されている。整流器２２及び２３はそれぞれ一方の側部に３個の３相交流入力用のネジ端子を有し、他方の側部に２個の直流出力用のネジ端子を有し、両端部が端子台板１８にネジ止めされている。端子台２１Ａの３極分の端子に３相入力側電線３１の一端が接続される。これらの端子に対応する負荷側の端子（図８の端子Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１に対応）に３相１次巻線が接続される。また複数の２次巻線を所定の順序で接続するために、端子台板１８を境にして導出された一方の導線の端部と、他方の導線の端部（図８中のＲ４，Ｓ４，Ｔ４，Ｒ５，Ｓ５，Ｔ５に対応）とが中継コネクタ３３によって接続されている。
【００２３】
整流器２２及び２３はそれぞれ３相交流入力端子と直流出力端子を有し、進相３相交流電圧を出力する内部配電線３２が整流器２２の３相交流入力端子（図８中のＲ２，Ｓ２，Ｔ２に対応）に接続され、遅相３相交流電圧を出力する内部配電線３２が整流器２３の３相交流入力端子（Ｒ３，Ｓ３，Ｔ３に対応）に接続されている。整流器２２及び２３の各直流出力端子は端子台２１Ａの残りの４極の各端子に接続され、これらの端子に対応する負荷側の端子に直流出力側電線３４の一端が接続されている。
【００２４】
この構成により、３相入力側電線３１を３相交流電源に接続すると、この３相交流電源電圧に対して約４０度だけ位相が進んだ３相交流電圧が整流器２２に加えられて全波整流され、３相交流電源電圧に対して約４０度だけ位相が遅れた３相交流電圧が整流器２３に加えられて全波整流されて直流出力側電線３４から出力される。なお、鉄心１１に巻装される２次巻線の巻数及び接続方法については上記の特許文献１に詳しく説明されているので、ここではその記述を省略する。
【００２５】
かくして、図１及び図２に示した第１の実施形態によれば、変圧器巻線と整流器とを一体的に組合せることによって、巻線接続の簡略化が図られ、かつ、小型化が可能な多パルス整流変圧器が得られる。
【００２６】
図３は上記の多パルス整流変圧器１０Ａを空気調和機に適用した概略構成図であり、図中、図１又は図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここで、３相交流電源１にインバータ装置２と多パルス整流変圧器１０Ａとが接続されている。インバータ装置２は３相交流電圧を全波整流する整流回路３と、この整流回路３から出力される直流（脈流）を平滑する平滑コンデンサ４と、平滑された直流を、例えば、インバータ主回路と、圧縮機又は送風機を駆動する電動機とを含む負荷５を備えている。多パルス整流変圧器１０Ａを構成する整流器２２及び２３の各出力は、整流回路３の出力側に、同じ極性で並列に接続されている。
【００２７】
上記の構成により、３相交流電源１の３相交流電圧は整流回路３によって全波整流され、平滑コンデンサ４によって平滑されて負荷５に供給される。この場合、負荷５が重くなるほど直流電流のリップル分は増大し、３相交流電源１側の高調波成分も増大する。多パルス整流変圧器１０Ａを構成する変圧器１４は、これに入力される３相交流電圧に対して大きさが等しく、位相が約４０度進んだ３相交流電圧及び位相が約４０度遅れた３相交流電圧を出力する。これらの出力のうち、進み位相の３相交流電圧は整流器２２によって全波整流され、遅れ位相の３相交流電圧は整流器２３によって全波整流される。整流器２２及び２３の各出力端子は並列接続されているため、２つの直流分（脈流分）は合成され、整流回路３の出力側に供給される。これによって、整流回路３から出力される電圧リップルの谷間が埋められる。換言すれば、整流回路３から出力される電圧リップルの谷間を埋めるように整流器２２及び２３が導通する。この結果、負荷５に供給される直流電圧のリップルは小さくなり、電源側に現れる高調波成分も低減する。
【００２８】
図４は本発明に係る多パルス整流変圧器の第２の実施形態の構成を示す平面図であり、図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した多パルス整流変圧器１０Ｂは図１に示した端子台２１Ａの代わりに３極の端子台２１Ｂを端子台板１８の中央部に実装し、この端子台２１Ｂの３個の端子に３相入力側電線３１を接続した点、整流器２２及び２３の各直流出力端子から直流出力側電線３４Ａ及び３４Ｂをそれぞれ導出した点が図１と異なるだけで、これら以外は図１と同一に構成されている。これによって極数の少ない端子台２１Ｂを使った分だけ配線の簡略化と装置の小型化が図られる。
【００２９】
かくして、図４に示した第２の実施形態によれば、巻線接続の簡略化及び小型化が容易な多パルス整流変圧器が得られる。
【００３０】
図５は本発明に係る多パルス整流変圧器の第３の実施形態の構成を示す平面図であり、図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した多パルス整流変圧器１０Ｃは図１に示した端子台２１Ａの代わりに５極の端子台２１Ｃを端子台板１８の中央部に実装し、この端子台２１Ｃの３個の端子に３相入力側電線３１を接続した点、整流器２２及び整流器２３の各出力が図２に示したように極性を揃えて互いに並列接続されることを前提にして、これらを他の２個の端子に並列接続し、対応する端子から直流出力側電線３４Ｃを導出した点が図１と異なるだけで、これら以外は図１と同一に構成されている。これによって、第２の実施形態よりは横幅が僅かに大きくなるが、第１の実施形態よりも、配線の簡略化と装置の小型化が図られる。
【００３１】
かくして、図５に示した第３の実施形態によれば、巻線接続の簡略化及び小型化が容易な多パルス整流変圧器が得られる。
【００３２】
図６は本発明に係る多パルス整流変圧器の第４の実施形態の構成を示す平面図であり、図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した多パルス整流変圧器１０Ｄは図１に示した端子台２１Ａの代わりに１３極の端子台２１Ｄを実装し、この端子台２１Ｄに中継コネクタ３３の機能を持たせることによって、中継コネクタ３３を除去した点が図１と異なるだけで、これら以外は図１と同一に構成されている。これによって、中継コネクタ３３を使用しなくとも、多パルス整流変圧器を構成することができる。この場合、中継コネクタ３３を用いる場合と比較すると誤配線の割合が増えるが、少なくとも配線の単純化が図られるという利点がある。
【００３３】
かくして、図６に示した第４の実施形態によれば、巻線接続の簡略化及び小型化が容易な多パルス整流変圧器が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、変圧器巻線と整流器とを一体的に組合せることによって、巻線接続の簡略化が図られ、かつ、小型化が可能な多パルス整流変圧器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多パルス整流変圧器の第１の実施形態の構成を示す平面図。
【図２】図１に示した多パルス整流変圧器の主要素の実装状態を示す斜視図及び側面図。
【図３】図１に示した多パルス整流変圧器を空気調和機に適用した概略構成を示す回路図。
【図４】本発明に係る多パルス整流変圧器の第２の実施形態の構成を示す平面図。
【図５】本発明に係る多パルス整流変圧器の第３の実施形態の構成を示す平面図。
【図６】本発明に係る多パルス整流変圧器の第４の実施形態の構成を示す平面図。
【図７】従来の１８パルス整流器を構成する変圧器の具体的な巻線構造を表す変圧器ベクトル図。
【図８】図７に示した変圧器ベクトル図を満たす変圧器の巻線構造図。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 多パルス整流変圧器
１１ 鉄心
１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ Ｕ，Ｖ，Ｗの各相巻線
１３ 保護被覆
１４ 変圧器
１８ 端子台板
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ 端子台
２２，２３ 整流器
３１ ３相入力側電線
３２ 内部配電線
３３ 中継コネクタ
３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ 直流出力側電線

Claims (5)

1. ３相交流を入力し、この３相交流に対してそれぞれ位相が所定角だけずれた２つの３相交流を出力する変圧器と、
   前記変圧器の鉄心の継鉄に固定された端子台板と、
   前記端子台板にそれぞれ実装され、前記変圧器から出力される３相交流を入力して直流を出力する２個の整流器と、
   を備えた多パルス整流変圧器。
2. 前記２個の整流器はそれぞれ外部接続用の直流出力端子を備えた請求項１に記載の多パルス整流変圧器。
3. さらに、前記端子台板に中継端子が実装され、前記２個の整流器はそれぞれ外部接続用の直流出力端子を備え、これらの直流出力端子が極性を揃えて前記中継端子に並列接続された請求項１に記載の多パルス整流変圧器。
4. 前記変圧器の巻線に対して３相交流を入、出力する以外の電線が全て中継コネクタで接続された請求項１ないし３のいずれか１項に記載の多パルス整流変圧器。
5. 前記端子台板は前記変圧器の継鉄に沿って細長く形成され、中央部に多極の中継端子が実装され、両端部に前記整流器が実装され、前記変圧器の巻線相互の接続が前記中継端子を介して行われる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の多パルス整流変圧器。

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