CN108631630B - 电力转换装置以及电力转换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力转换装置，具备：第1电力转换电路，转换电力并输出；第2电力转换电路，经由DC链路部与第1电力转换电路连接，转换电力并朝负载输出；平滑电容器，设置于第1电力转换电路的输出部以及第2电力转换电路的输入部；第1共模电流提取电路，设置于第1电力转换电路的输入部；第2共模电流提取电路，设置于第2电力转换电路的输出部；假想中性电位线，连接第1、第2共模电流提取电路；DC链路滤波电路，具有Y型电容器；第1共模线圈，插入到从第1共模电流提取电路到DC链路滤波电路上的Y型电容器的连接点为止的路径；以及第2共模线圈，插入到从Y型电容器的连接点到第2共模电流提取电路为止的路径。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及对从外部输入的电力进行转换而朝负载输出的装置以及系统。
背景技术
例如，当逆变器那样的电力转换装置、马达那样的负载装置所具备的金属部件被配置为与接地电位对置时，在两者之间形成寄生电容，经由该寄生电容产生漏电流。漏电流会导致机械装置的劣化、意外的触电，因此需要使漏电流尽量接近0A。此外，由于半导体开关元件的高性能化而电力转换装置的动作高频变高。随着高频化，寄生电容的阻抗降低，因此漏电流对策变得更为重要。
为了抑制漏电流，例如提高对于共模的阻抗。具体而言，进行增长接地电位与对置金属之间的距离、或者向电力线插入高电感的共模扼流线圈等的对策。但是，这些对策均存在会导致使电力转换装置大型化这样的问题。此外，有时除了漏电流对策以外，还以抑制电磁噪声为目的而对于接地电位有意图地连接电容器。在该情况下，当为了在靠低频侧发挥噪声抑制效果而选择大容量的电容器时，会导致漏电流的增加。
发明内容
因此，本发明提供具备能够避免大型化并且能够抑制漏电流的功能的电力转换装置以及电力转换系统。
实施方式的电力转换装置具备：
第1电力转换电路，对从外部输入的电力进行转换并输出；
第2电力转换电路，经由DC链路部与该第1电力转换电路连接，对所输入的电力进行转换并朝负载输出；
平滑电容器，设置于上述第1电力转换电路的输出部以及上述第2电力转换电路的输入部；
第1共模电流提取电路，设置于上述第1电力转换电路的输入部；
第2共模电流提取电路，设置于上述第2电力转换电路的输出部；
假想中性电位线，将上述第1共模电流提取电路与上述第2共模电流提取电路连接；
DC链路滤波电路，具有连接在上述DC链路部与上述假想中性电位线之间的Y型电容器；
第1共模线圈，插入到从上述第1共模电流提取电路到上述DC链路滤波电路中的上述Y型电容器的连接点为止的路径；以及
第2共模线圈，插入到从上述Y型电容器的连接点到上述第2共模电流提取电路为止的路径。
另外，此处的“Y型电容器”的含义为：将两个电容器的一端共同地连接，上述共同的一端与假想中性电位线连接，两个电容器各自的另一端分别与在DC链路部中将第1、第2电力转换电路间连接的线路连接。
附图说明
图1表示第1实施方式，且是表示三相交流输入/三相交流输出构成的电力转换装置的功能框图。
图2表示第2实施方式，且是局部地表示的DC链路滤波电路的构成的图。
图3表示第3实施方式，且是更详细地表示第1实施方式的构成的图。
图4是表示在应用了第3实施方式的构成的情况下产生的漏电流的波形的图。
图5是表示在应用了现有构成的情况下产生的漏电流的波形的图。
图6表示第4实施方式，且是应用于功率调节器的电力转换装置的功能框图。
图7表示第5实施方式，且是表示将第2电力转换电路并联化的电力转换装置的功能框图。
图8表示第6实施方式，且是简要地表示电力转换装置的构成的功能框图。
图9表示第7实施方式，且是简要地表示电力转换装置的构成的功能框图。
图10表示第8实施方式，且是简要地表示电力转换装置的构成的功能框图。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照图1对第1实施方式进行说明。图1表示三相交流输入/三相交流输出构成的电力转换装置。电力转换装置1具备配置于输入侧且相当于第1电力转换电路的转换器2。转换器2的三相输入端子经由外部阻抗调整电路4与三相交流电源3的各相端子分别连接。外部阻抗调整电路4具有与各相对应的线圈4u、4v、4w。
此外，在转换器2的三相输入端子上连接有第1共模提取电路5。第1共模提取电路5例如具备未图示的与各相对应的电容器，这三个电容器的一端分别与对应的相连接，另一端与假想中性电位线6共同连接。共模提取电路5提取在三相交流电源线中流动的共模电流而使其向假想中性电位线6流动。另外，共模提取电路5也可以具备串联连接在三相电容器与假想中性电位线6之间的共模扼流线圈。转换器2将所输入的三相交流电源转换成直流电源而输出。
转换器2的输出端子经由DC链路部7与配置在输出侧且相当于第2电力转换电路的逆变器8的输入端子连接。在DC链路部7插入有DC链路滤波电路9。滤波电路9具备共模扼流线圈10以及11的串联电路，线圈10的一端与转换器2的输出端子连接，线圈11的一端与逆变器8的输入端子连接。即，线圈10以及11的串联电路插入到从转换器2到逆变器8为止的路径。线圈10、11分别相当于第1、第2共模扼流线圈。
在线圈10以及11的共同连接点分别连接有两个电容器12a、12b的一端，电容器12a、12b的另一端与假想中性电位线6共同连接。在以下，有时将该另一端被共同地连接的两个电容器12a、12b称作Y型电容器12。滤波电路9是所谓的T型共模滤波器。此外，在转换器2的输出端子之间、以及逆变器8的输入端子之间分别连接有平滑电容器13、14。
逆变器8的各相输出端子与作为负载的三相马达15的各相定子线圈连接。此外，在上述各相输出端子与假想中性电位线6之间连接有与第1共模提取电路5相同的第2共模提取电路16。马达15的框体以及电源3分别与大地E连接。此外，在假想中性电位线6与大地E之间连接有LC滤波电路17。LC滤波电路17具备连接于假想中性电位线6与大地E之间的电容器18、以及与该电容器18并联连接的线圈19和电容器20的串联电路。
根据如以上那样构成的本实施方式，与专利文献1的现有构成相比较，DC链路部7具备DC链路滤波电路9，而且在DC链路滤波电路9与大地E之间具备LC滤波电路17，由此能够进一步提高漏电流的抑制效果。此外，通过设置外部阻抗调整电路4而使假想中性电位线6侧的阻抗相对地降低，由此能够进一步提高漏电流的抑制效果。
(第2实施方式)
以下，对于与第1实施方式相同的部分标注相同的符号并省略说明，对于不同的部分进行说明。图2局部地表示代替DC链路滤波电路9的第2实施方式的DC链路滤波电路21的构成。DC链路滤波电路21为，在Y电容器12的共同连接点与假想中性电位线6之间插入有线圈22。通过使用这样的DC链路滤波电路21，能够提高抑制漏电流的频率的选择性。
(第3实施方式)
图3所示的第3实施方式的电力转换装置23为，更具体地表示第1实施方式的电力转换装置1的各构成部分，并且变更了一部分构成。如在第1实施方式中说明了的那样，第1共模提取电路5具备与各相对应的电容器5u、5v、5w。第2共模提取电路16具备与各相对应的电容器16u、16v、16w、以及连接在这些电容器16u、16v、16w与假想中性电位线6之间的共模扼流线圈16A、16B、16C。
转换器2以及逆变器8是将6个开关元件三相桥接而构成的。对于各开关元件反并联连接有回流二极管，在各相臂之间分别并联连接有电容器。另外，对于马达15，连同各相定子线圈15u、15v、15w一起表示出布线电阻、布线电感、在与大地E之间形成的寄生电容。此外，对于LC滤波电路17，作为变化，使其在假想中性电位线6与大地E之间进行连接的方向与第1实施方式相反。
LC滤波电路17的时间常数被设定为，为了抑制由于共振现象而在比转换器2、逆变器8的开关频率更高的频率产生峰值的漏电流的成分，而在产生上述峰值的频率成为低阻抗。此时，将LC滤波电路17的总电容设定为开关频率下的漏电流成分不会成为问题的程度。
图5表示对于专利文献1的现有构成产生的漏电流波形，图4表示对于第3实施方式的构成产生的漏电流波形。在第3实施方式的构成中，漏电流的最大振幅相对于现有构成成为1/4程度。
(第4实施方式)
图6所示的第4实施方式的电力转换装置31例如是应用于太阳能发电装置等所使用的功率调节器的情况。电源32例如是太阳能电池，生成直流电力并输出。相当于第1电力转换电路的DC-DC转换器33经由外部阻抗调整电路34与电源32连接。外部阻抗调整电路34例如由共模扼流线圈构成。在DC-DC转换器33的输入端子与假想中性电位线6之间连接有第1共模提取电路35。DC-DC转换器33将所输入的直流电压转换成不同的电压并输出。
DC-DC转换器33的输出端子经由DC链路部7与相当于第2电力转换电路的DC-AC逆变器36的输入端子连接。逆变器36的输出端子经由外部阻抗调整电路37与负载38连接。逆变器36将所输入的直流电力转换成单相交流电力并朝负载38输出。负载38例如是商用交流电源系统的单相交流电源线。在逆变器36的输出端子与假想中性电位线6之间连接有第2共模提取电路39。另外，关于共模提取电路35、39，只要在根据漏电流、噪声的产生状況而需要阻抗调整的情况下连接即可。
根据如以上那样构成的第4实施方式，能够将电力转换装置31应用于功率调节器。
(第5实施方式)
图7所示的第5实施方式的电力转换装置41构成为，在DC链路部7并联连接有两个第2电力转换电路。经由外部阻抗调整电路43连接在DC链路部7与负载42之间的转换器44进行DC-DC转换。外部阻抗调整电路43具备共模扼流线圈43a、以及连接在负载42侧的端子之间的电容器43b。在转换器44的输出端子与假想中性电位线6之间连接有第2共模提取电路39。在假想中性电位线6上插入有电流限制电路45。电流限制电路45为，被配置用于阻止在假想中性电位线6中流动过大的电流，例如，除了电阻单体、电感器单体以外，还包括考虑到RC并联电路等的频率特性的部件而构成。
在转换器2的输出端子上经由另一个DC链路滤波电路46连接有平滑电容器47、逆变器8以及三相马达15。滤波电路46相当于并联DC链路滤波电路。逆变器8的各相输出端子分别与共模提取电路16的输入端子连接。构成DC链路滤波电路46的Y型电容器的共同连接点经由假想中性电位共有线48与假想中性电位线6连接。在共模提取电路16与假想中性电位共有线48之间连接有另一个电流限制电路49。
另外，假想中性电位共有线48的连接方式并不限定于图示，只要与不是电力线的部分连接即可。将时间常数设计为，在多个频率下漏电流变大的情况下，在相应的频率下LC滤波电路17成为低阻抗。
根据如以上那样构成的第5实施方式，在相对于DC链路部7并联连接作为第2电力转换电路的转换器44、逆变器8，且通过共有假想中性电位线6而使其分别动作的构成中，也能够抑制漏电流。
(第6～第8实施方式)
第6～第8实施方式表示插入第1以及第2共模扼流线圈的位置的变化。另外，在与这些实施方式对应的图8至图10中，标注与第1实施方式对应的构成的符号而简要地表示，DC链路部9中的Y型电容器12也通过一个电容器的标识来表示。
在图8所示的第6实施方式中，将共模扼流线圈11插入到从逆变器8到共模提取电路16为止的路径。
在图9所示的第7实施方式中，将共模扼流线圈10插入到从共模提取电路5到转换器2为止的路径。
在图10所示的第8实施方式中，将共模扼流线圈10插入到从共模提取电路5到转换器2为止的路径，并且将共模扼流线圈11插入到从逆变器8到共模提取电路16为止的路径。在如此构成的情况下，也能够获得与第1实施方式相同的效果。
(其他实施方式)
第1电力转换电路也可以构成为通过二极管整流来进行电力转换。
在第1～第4、第6～第8实施方式中，也可以在假想中性电位线6上插入电流限制电路。
在将第1～第4、第6～第8实施方式的电力转换装置并联2个以上而使用时，也可以通过将它们的假想中性电位线6共同地连接来构成电力转换系统。
在第5实施方式中，也可以将第2电力转换电路以后的构成并联连接3个以上。
对本发明的几个实施方式进行了说明，这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。
Claims (9)
1.一种电力转换装置，具备：
第1电力转换电路，对从外部输入的电力进行转换并输出；
第2电力转换电路，经由DC链路部与上述第1电力转换电路连接，对所输入的电力进行转换并朝负载输出；
平滑电容器，设置于上述第1电力转换电路的输出部以及上述第2电力转换电路的输入部；
第1共模电流提取电路，设置于上述第1电力转换电路的输入部；
第2共模电流提取电路，设置于上述第2电力转换电路的输出部；
假想中性电位线，将上述第1共模电流提取电路与上述第2共模电流提取电路连接；
DC链路滤波电路，具有连接在上述DC链路部与上述假想中性电位线之间的Y型电容器；
第1共模线圈，插入到从上述第1共模电流提取电路到上述DC链路滤波电路上的上述Y型电容器的连接点为止的路径；以及
第2共模线圈，插入到从上述Y型电容器的连接点到上述第2共模电流提取电路为止的路径，
在上述第1共模电流提取电路的输入部以及/或者上述第2共模电流提取电路的输出部具备外部阻抗调整电路。
2.一种电力转换装置，具备：
第1电力转换电路，对从外部输入的电力进行转换并输出；
第2电力转换电路，经由DC链路部与上述第1电力转换电路连接，对所输入的电力进行转换并朝负载输出；
平滑电容器，设置于上述第1电力转换电路的输出部以及上述第2电力转换电路的输入部；
第1共模电流提取电路，设置于上述第1电力转换电路的输入部；
第2共模电流提取电路，设置于上述第2电力转换电路的输出部；
假想中性电位线，将上述第1共模电流提取电路与上述第2共模电流提取电路连接；
DC链路滤波电路，具有连接在上述DC链路部与上述假想中性电位线之间的Y型电容器；
第1共模线圈，插入到从上述第1共模电流提取电路到上述DC链路滤波电路上的上述Y型电容器的连接点为止的路径；以及
第2共模线圈，插入到从上述Y型电容器的连接点到上述第2共模电流提取电路为止的路径，
上述第1共模线圈与上述第2共模线圈串联连接，且配置在上述DC链路滤波电路内，
上述Y型电容器连接在上述第1共模线圈和上述第2共模线圈的共同连接点与上述假想中性电位线之间，
在上述第1共模电流提取电路的输入部以及/或者上述第2共模电流提取电路的输出部具备外部阻抗调整电路。
3.一种电力转换装置，具备：
第1电力转换电路，对从外部输入的电力进行转换并输出；
第2电力转换电路，经由DC链路部与上述第1电力转换电路连接，对所输入的电力进行转换并朝负载输出；
平滑电容器，设置于上述第1电力转换电路的输出部以及上述第2电力转换电路的输入部；
第1共模电流提取电路，设置于上述第1电力转换电路的输入部；
第2共模电流提取电路，设置于上述第2电力转换电路的输出部；
假想中性电位线，将上述第1共模电流提取电路与上述第2共模电流提取电路连接；
DC链路滤波电路，具有连接在上述DC链路部与上述假想中性电位线之间的Y型电容器；
第1共模线圈，插入到从上述第1共模电流提取电路到上述DC链路滤波电路上的上述Y型电容器的连接点为止的路径；
第2共模线圈，插入到从上述Y型电容器的连接点到上述第2共模电流提取电路为止的路径；以及
LC滤波电路，连接在上述假想中性电位线与接地电位之间，
上述第1共模线圈与上述第2共模线圈串联连接，且配置在上述DC链路滤波电路内，
上述Y型电容器连接在上述第1共模线圈和上述第2共模线圈的共同连接点与上述假想中性电位线之间，
在上述第1共模电流提取电路的输入部以及/或者上述第2共模电流提取电路的输出部具备外部阻抗调整电路。
4.一种电力转换装置，具备：
第1电力转换电路，对从外部输入的电力进行转换并输出；
第2电力转换电路，经由DC链路部与上述第1电力转换电路连接，对所输入的电力进行转换并朝负载输出；
平滑电容器，设置于上述第1电力转换电路的输出部以及上述第2电力转换电路的输入部；
第1共模电流提取电路，设置于上述第1电力转换电路的输入部；
第2共模电流提取电路，设置于上述第2电力转换电路的输出部；
假想中性电位线，将上述第1共模电流提取电路与上述第2共模电流提取电路连接；
DC链路滤波电路，具有连接在上述DC链路部与上述假想中性电位线之间的Y型电容器；
第1共模线圈，插入到从上述第1共模电流提取电路到上述DC链路滤波电路上的上述Y型电容器的连接点为止的路径；
第2共模线圈，插入到从上述Y型电容器的连接点到上述第2共模电流提取电路为止的路径；以及
LC滤波电路，连接在上述假想中性电位线与接地电位之间。
5.一种电力转换装置，具备：
第1电力转换电路，对从外部输入的电力进行转换并输出；
第2电力转换电路，经由DC链路部与上述第1电力转换电路连接，对所输入的电力进行转换并朝负载输出；
平滑电容器，设置于上述第1电力转换电路的输出部以及上述第2电力转换电路的输入部；
第1共模电流提取电路，设置于上述第1电力转换电路的输入部；
第2共模电流提取电路，设置于上述第2电力转换电路的输出部；
假想中性电位线，将上述第1共模电流提取电路与上述第2共模电流提取电路连接；
DC链路滤波电路，具有连接在上述DC链路部与上述假想中性电位线之间的Y型电容器；
第1共模线圈，插入到从上述第1共模电流提取电路到上述DC链路滤波电路上的上述Y型电容器的连接点为止的路径；
第2共模线圈，插入到从上述Y型电容器的连接点到上述第2共模电流提取电路为止的路径；以及
LC滤波电路，连接在上述假想中性电位线与接地电位之间，
上述第1共模线圈与上述第2共模线圈串联连接，且配置在上述DC链路滤波电路内，
上述Y型电容器连接在上述第1共模线圈和上述第2共模线圈的共同连接点与上述假想中性电位线之间。
6.一种电力转换装置，具备：
第1电力转换电路，对从外部输入的电力进行转换并输出；
第2电力转换电路，经由DC链路部与上述第1电力转换电路连接，对所输入的电力进行转换并朝负载输出；
平滑电容器，设置于上述第1电力转换电路的输出部以及上述第2电力转换电路的输入部；
第1共模电流提取电路，设置于上述第1电力转换电路的输入部；
第2共模电流提取电路，设置于上述第2电力转换电路的输出部；
假想中性电位线，将上述第1共模电流提取电路与上述第2共模电流提取电路连接；
DC链路滤波电路，具有连接在上述DC链路部与上述假想中性电位线之间的Y型电容器；
第1共模线圈，插入到从上述第1共模电流提取电路到上述DC链路滤波电路上的上述Y型电容器的连接点为止的路径；
第2共模线圈，插入到从上述Y型电容器的连接点到上述第2共模电流提取电路为止的路径；以及
LC滤波电路，连接在上述假想中性电位线与接地电位之间，
上述滤波电路具备插入到上述Y型电容器的共同连接点与上述假想中性电位线之间的线圈。
7.如权利要求1～6任一项所述的电力转换装置，其中，还具备：
2个以上的并联电力转换电路，相当于上述第2电力转换电路；
并联DC链路部，将上述第1电力转换电路的输出部与上述并联电力转换电路的输入部之间连接；以及
并联DC链路滤波电路，连接在上述并联DC链路部与上述假想中性电位线之间。
8.如权利要求1～6任一项所述的电力转换装置，其中，
具备插入到上述假想中性电位线的电流限制电路。
9.一种电力转换系统，其中，
上述电力转换系统具备多个权利要求1～6任一项所述的电力转换装置，
上述多个电力转换装置的假想中性电位线被共同地连接。
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