JP7066417B2 - Zero-phase current suppression reactor, winding - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、零相電流を抑制する零相電流抑制リアクトル、巻線に関する。 Embodiments of the present invention relate to a zero-phase current suppression reactor and winding that suppress a zero-phase current.
近年、いわゆるパワーエレクトロニクス装置が電力系統においても多方面で採用されるようになり、それに伴って種々の課題が浮上してきた。例えば、インバータなどのパワーエレクトロニクス装置はその動作に伴って高調波電流が流出する可能性があり、各高調波成分に含まれる零相電流すなわち三相間で大きさが等しく位相が同相である成分が電路に流出すると、互いに打ち消し合わないことから、電路の周辺では誘導障害や電波障害を誘発するおそれがあった。そのため、パワーエレクトロニクス装置から流出する零相電流を抑制するために、零相電流抑制リアクトルを採用することがある(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, so-called power electronics devices have been adopted in various fields in electric power systems, and various problems have emerged along with them. For example, in a power electronics device such as an inverter, a harmonic current may flow out due to its operation, and the zero-phase current contained in each harmonic component, that is, the components having the same magnitude and the same phase among the three phases When the current flows out to the electric circuit, they do not cancel each other out, so that there is a risk of inducing inductive interference or radio interference around the electric circuit. Therefore, in order to suppress the zero-phase current flowing out of the power electronics device, a zero-phase current suppression reactor may be adopted (see, for example, Patent Document 1).
このような零相電流抑制リアクトルは、三相の電路にそれぞれ接続される3つの巻線導体が巻回され、それぞれの巻線導体間を磁気的に密結合させた構成となっているが、電路中に零相電流が流れにくくする抑制効果を有する必要がある一方、零相電流以外の成分の電流に対しては妨げとならないことが望ましい。 Such a zero-phase current suppression reactor has a configuration in which three winding conductors connected to each of the three-phase electric circuits are wound and magnetically tightly coupled between the winding conductors. While it is necessary to have an inhibitory effect that makes it difficult for the zero-phase current to flow in the electric circuit, it is desirable that it does not interfere with the current of components other than the zero-phase current.
しかしながら、各相の巻線導体の磁気的な結合が不均等であると、電路中の零相電流の抑制効果が低減するという問題があることに加え、零相電流以外の成分の電流の妨げになることもある。 However, if the magnetic coupling of the winding conductors of each phase is uneven, there is a problem that the effect of suppressing the zero-phase current in the electric circuit is reduced, and in addition, the current of components other than the zero-phase current is hindered. It may become.
そこで、零相電流の抑制効果を向上させることができるとともに、零相電流以外の成分の電流の妨げになるおそれを低減することができる零相電流抑制リアクトル、巻線を提供する。 Therefore, we provide a zero-phase current suppression reactor and winding that can improve the effect of suppressing the zero-phase current and reduce the possibility of hindering the current of components other than the zero-phase current.
実施形態の零相電流抑制リアクトルは、三相電路にそれぞれ接続される3つの巻線導体を軸方向に並べて巻回したものであって、それぞれの巻線導体が、巻き始め端と巻き終わり端とが周方向において同じ位置になっているとともに巻き始め端が周方向を3等配した位置になっており、他の巻線導体と並列になっている部位の長さがそれぞれ等しくなるように巻回されている。 In the zero-phase current suppression reactor of the embodiment, three winding conductors connected to a three-phase electric circuit are wound side by side in the axial direction, and each winding conductor has a winding start end and a winding end end. And are in the same position in the circumferential direction, and the winding start end is in a position where the circumferential direction is evenly arranged, so that the lengths of the parts parallel to other winding conductors are equal. It is being wound.
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態による零相電流抑制リアクトル1の構成および巻回態様を示すものであり、筒状に形成されている零相電流抑制リアクトル1を周方向に展開した状態を模式的に示している。図1の場合、右端側が周方向における0度の位置を示し、左端側が360度つまりは1周した0度の位置を示している。なお、図1では、説明のために、各巻線導体2にはそれぞれ異なるハッチングを付して区別し易く示している。
FIG. 1 shows the configuration and winding mode of the zero-phase
この零相電流抑制リアクトル1は、U相、V相およびW相の三相に対応する3本の巻線導体2を並列に配置した状態で巻回することにより構成されている。各巻線導体2は、例えば複数本のリッツ線を束ねて平角状に形成したものや1本あるいは複数本の平角状の導体を用いたものが、その断面視において長手方向に隣り合うように並列に配置された状態で共に巻回されている。また、巻線導体2は、その表面に絶縁テープ等を巻き付けることにより絶縁されている。
The zero-phase
以下、それぞれの相に対応する巻線導体2について説明する場合には、符号に「u」、「v」または「w」を付して説明する。また、以下、各巻線導体2が隣り合っている方向を軸方向と称する。
Hereinafter, when the
零相電流抑制リアクトル1の場合、W相の巻線導体2wは、周方向における0度の位置が巻き始め(0T)となり、複数回巻回された後、360度の位置が巻き終わり(7T)となるように巻回されている。つまり、W相の巻線導体2wの場合、0度の位置が巻き始め端となり、360度の位置が巻き終わり端となっている。
In the case of the zero-phase
また、V相の巻線導体2vは、周方向における120度の位置が巻き始め端となり、複数回巻回された後、120度の位置が巻き終わり端となるように巻回されており、U相の巻線導体2uは、周方向における240度の位置が巻き始め端となり、複数回巻回された後、240度の位置が巻き終わり端となるように巻回されている。図1では、U相の巻線導体2uの巻き始め端を「U」、巻き終わり端を「Ou」、V相の巻線導体2uの巻き始め端を「V」、巻き終わり端を「Ov」、W相の巻線導体2uの巻き始め端を「W」、巻き終わり端を「Ow」として示している。
Further, the V-
つまり、各巻線導体2は、巻き始め端と巻き終わり端とが周方向において同じ位置になるように巻回されているとともに、巻き始め端が周方向を3等配した位置すなわち互いに周方向に120度ずれた位置となるように巻回されている。なお、図1ではW相の巻線導体2wの巻き始め端を便宜上0度の位置として示しているが、U相の巻線導体2uの巻き始め位置あるいはV相の巻線導体2vの巻き始め位置を0度とする等、任意の位置を0度に設定することができる。また、各巻線導体2の巻回回数は一例であり、これに限定されるものではない。
That is, each
このような構成の零相電流抑制リアクトル1は、図2に示すように、二脚鉄心3の脚部3aの外周に巻回される。このとき、零相電流抑制リアクトル1は、いずれかの巻線導体2の巻き始め端が、脚部3aの中心を通る仮想線(CL)上であって脚部3aの外側に位置するように配置されている。図2の場合、零相電流抑制リアクトル1は、U相の巻線導体2uの巻き始め端が、仮想線(CL)上に位置するように巻回されている。この場合、環状に形成される二脚鉄心3に、いわゆるギャップのような不連続部を設ける構成とすることもできる。
As shown in FIG. 2, the zero-phase
また、図3に示すように巻線導体2を二脚鉄心3の2つの脚部3aにそれぞれ巻回した場合にも、例えばU相の巻線導体2uの巻き始め端が、脚部3aの中心を通る仮想線(CL)上であって脚部3aの外側に位置するように配置する構成とすることもできる。このとき、各脚部3aの巻線導体2を電気的に直列または並列に接続する構成とすることもできる。なお、U相の巻線導体2の代わりに、V相の巻線導体2vあるいはW相の巻線導体2wが仮想線(CL)上に位置するように巻回する構成とすることもできる。
Further, when the
次に、上記した構成の作用について説明する。 Next, the operation of the above configuration will be described.
前述のように、零相電流抑制リアクトル1は、電路中に零相電流が流れにくくする抑制効果を有する必要がある一方、零相電流以外の成分の電流に対しては妨げとならないことが望ましいものの、各相の巻線導体2の磁気的な結合が不均等であると電路中の零相電流の抑制効果が低減したり、零相電流以外の成分の電流の妨げになることがある。
As described above, the zero-phase
そこで、本実施形態では、各巻線導体2の磁気的な結合を均一化することにより、零相電流の抑制効果を向上させることができるとともに、零相電流以外の成分の電流の妨げになるおそれを低減することができるようにしている。
Therefore, in the present embodiment, by making the magnetic coupling of each
図4は、零相電流抑制リアクトル1の等価回路を示している。ここで、零相電流(i0)は、以下の(1)式で示されるように、各相の巻線導体2に流れる電流(iu、iv、iw)に含まれる任意の周波数ごとの、同相且つ同一の大きさの成分の合計となっている。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the zero-phase
また、零相電流抑制リアクトル1に要求される仕様としては、大きく言えば以下の2つがある。
(1)零相電流(i0)を極小化する。
(2)零相成分以外の電流に対するインダクタンスを極小化する。
Further, there are roughly the following two specifications required for the zero-phase
(1) Minimize the zero-phase current (i0).
(2) Minimize the inductance for currents other than the zero-phase component.
この場合、各相のインダクタンス(Lu、Lv、Lw)を等しくすれば、より具体的に言えば、以下の(2)式から(4)式にて表されるU相-V相間の相互インダクタンス(Muv)、V相-W相間の相互インダクタンス(Mvw)およびW相-U相間の相互インダクタンス(Mwu)を等しくすれば、上記の仕様を満たすことができる。 In this case, if the inductances (Lu, Lv, Lw) of each phase are made equal, more specifically, the mutual inductance between the U phase and the V phase represented by the following equations (2) to (4) (Muv), the mutual inductance between the V phase and the W phase (Mvw), and the mutual inductance between the W phase and the U phase (Mwoo) can be equalized to satisfy the above specifications.
そして、上記の(2)式から(4)式を満たすためには、図1に示したように、それぞれの巻線導体2を、巻き始め端と巻き終わり端とが周方向において同じ位置になるようにするとともに巻き始め端が周方向に3等配した位置になるように巻回すればよい。より詳細には、U相の巻線導体2uは、図1から明らかなようにV相の巻線導体2vと幾何学的に6巻き+1/3巻き+1/3巻き=6+2/3巻き分だけ並列になっているとともに、W相の巻線導体2wとも幾何学的に6+2/3巻き分だけ並列になっている。
Then, in order to satisfy the above equations (2) to (4), as shown in FIG. 1, the
同様に、V相の巻線導体2vは、U相の巻線導体2uと幾何学的に6+2/3巻き分だけ並列になっているとともに、W相の巻線導体2wとも幾何学的に6+2/3巻き分だけ並列になっている。また、W相の巻線導体2wは、U相の巻線導体2uと幾何学的に6+2/3巻き分だけ並列になっているとともに、V相の巻線導体2wとも幾何学的に6+2/3巻き分だけ並列になっている。
Similarly, the V-
つまり、各巻線導体2は、他の二相の巻線導体2と並列になっている部位の長さが、それぞれ等しく6+2/3巻き分となっている。このように各巻線導体2の幾何学的な配置を等しくすることにより、各巻線導体2間の磁気的な結合が均一化される。そして、各巻線導体2間の磁気的な結合が均一化されれば、それぞれの相互インダクタンス(Muv、Mvw、Mwu)が等しくなり、各相のインダクタンス(Lu、Lv、Lw)が等しくなる。これにより、零相電流抑制リアクトル1は、要求される上記した(1)、(2)の仕様を満たすことができるようになる。
That is, each winding
以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
零相電流抑制リアクトル1は、それぞれの巻線導体2が、巻き始め端と巻き終わり端とが周方向において同じ位置になっているとともに巻き始め端が周方向を3等配した位置になっており、他の巻線導体2と並列になっている部位の長さがそれぞれ等しくなるように巻回されている。
In the zero-phase
これにより、各相の巻線導体2は他の巻線導体2に対する幾何学的な配置がそれぞれ等しくなり、相互インダクタンスが等しくなることから、各巻線導体2間の磁気的な結合が均一化される。これにより、各相のインダクタンス(Lu、Lv、Lw)が等しくなり、零相電流抑制リアクトル1に要求される仕様を満たすことから、零相電流の抑制効果を向上させることができるとともに、零相電流以外の成分の電流の妨げになるおそれを低減することができる。
As a result, the winding
また、上記した巻線構造によれば、他の巻線導体2に対する幾何学的な配置をそれぞれ等しくする状態を、零相電流抑制リアクトル1の軸方向の長さつまりは高さ寸法を最小とした状態で実現することができ、小型化を図ることができる。
Further, according to the winding structure described above, the state in which the geometrical arrangements with respect to the other winding
また、巻線導体2は、二脚鉄心3のような鉄心の脚部3aに巻回することもできる。これにより、磁気抵抗を下げることができ、磁束が増えてインダクタンスを増加させることができる。また、鉄心にギャップを設けることにより、磁気飽和が緩和されて一定のインダクタンスを得ることができる。また、各脚部3aの巻線導体2を電気的に直列または並列に接続することにより、要求される様々な仕様に対応させることができる。
Further, the winding
また、巻線導体2の巻き始め端と巻き終わり端とが周方向において同じ位置になっているとともに巻き始め端が周方向を3等配した位置になっており、他の巻線導体2と並列になっている部位の長さがそれぞれ等しくなるように巻回されている巻線であっても、実施形態の零相電流抑制リアクトル1と同様に、零相電流の抑制効果を向上させることができるとともに、零相電流以外の成分の電流の妨げになるおそれを低減することができ、また、小型化を図ることができる等、同様の効果を得ることができる。
Further, the winding start end and the winding end end of the winding
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
図面中、1は零相電流抑制リアクトルおよび巻線、2は巻線導体、3は二脚鉄心(鉄心)、3aは脚部、CLは仮想線を示す。 In the drawing, 1 is a zero-phase current suppression reactor and winding, 2 is a winding conductor, 3 is a bipod core (iron core), 3a is a leg, and CL is a virtual line.
Claims (5)
それぞれの前記巻線導体は、軸方向の両端に位置する巻き始め端と巻き終わり端とが周方向において同じ位置になっているとともに巻き始め端が周方向を3等配した位置になっており、他の前記巻線導体と軸方向において並列になっている部位の長さがそれぞれ等しくなるように巻回されている零相電流抑制リアクトル。 It is a zero-phase current suppression reactor in which three winding conductors connected to each of the three-phase electric circuits are wound side by side in the axial direction.
In each of the winding conductors, the winding start end and the winding end end located at both ends in the axial direction are at the same position in the circumferential direction, and the winding start end is in a position where the winding start ends are arranged in three equal parts in the circumferential direction. , A zero -phase current suppression reactor that is wound so that the lengths of the portions parallel to the other winding conductors in the axial direction are equal to each other.
各脚部の前記巻線導体は、電気的に直列または並列に接続されている請求項1または2記載の零相電流抑制リアクトル。 The winding conductor is wound around each leg of the bipod iron core.
The zero-phase current suppression reactor according to claim 1 or 2, wherein the winding conductor of each leg is electrically connected in series or in parallel.
各脚部に巻回されている前記巻線導体のうちの1つは、巻き始め端および巻き終わり端が、2つの脚部の中心を通る仮想線上であってそれぞれの脚部の外側に位置するように配置されている請求項1から3のいずれか一項記載の零相電流抑制リアクトル。 The winding conductor is wound around each leg of the bipod iron core.
One of the winding conductors wound around each leg has a winding start end and a winding end end located on a virtual line passing through the center of the two legs and outside each leg. The zero-phase current suppression reactor according to any one of claims 1 to 3, which is arranged so as to be used.
それぞれの前記巻線導体は、軸方向の両端に位置する巻き始め端と巻き終わり端とが周方向において同じ位置になっているとともに巻き始め端が周方向を3等配した位置になっており、他の前記巻線導体と軸方向において並列になっている部位の長さがそれぞれ等しくなるように巻回されている巻線。 It is a winding in which three winding conductors connected to each of the three-phase electric circuits are wound side by side in the axial direction.
In each of the winding conductors, the winding start end and the winding end end located at both ends in the axial direction are at the same position in the circumferential direction, and the winding start end is in a position where the winding start ends are arranged in three equal parts in the circumferential direction. , The winding is wound so that the lengths of the portions parallel to the other winding conductors in the axial direction are equal to each other.
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