JP2014011835A - Rectifier circuit for power generation system for distributed power sources - Google Patents
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Abstract
【課題】風車又は水車により駆動される複数の絶縁された巻線を有する分散電源用発電装置の永久磁石型発電機においては、巻数の多い巻線は高い電圧を発生するために、その絶縁耐圧を強化しなければならないという問題があった。
【解決手段】風又は水の流速に関わらず風車又は水車の概略の最大出力を得る分散電源用発電装置の整流回路において、複数の巻線を内蔵した永久磁石型発電機の第1の巻線の出力端子および第1のリアクトルを経て第1の整流器に接続し、第2の巻線の出力端子および第2のリアクトルを経て第2の整流器に接続し、さらに前記第2の巻線の出力端子およびコンデンサを経て倍電圧整流回路に接続し、該倍電圧整流回路の直流出力と前記第2の整流器の直流出力を、還流防止用ダイオードを介して並列に接続し、さらに前記第1の整流器の直流出力を並列に接続する分散電源用発電装置の整流回路。
【選択図】図1In a permanent magnet generator of a power generator for a distributed power source having a plurality of insulated windings driven by a windmill or a water turbine, a winding having a large number of windings generates a high voltage, so that the withstand voltage is reduced. There was a problem that had to be strengthened.
In a rectifier circuit of a power generator for a distributed power source that obtains an approximate maximum output of a wind turbine or water turbine regardless of the flow velocity of wind or water, a first winding of a permanent magnet generator having a plurality of windings built therein Are connected to the first rectifier via the output terminal and the first reactor, are connected to the second rectifier via the output terminal of the second winding and the second reactor, and are further connected to the output of the second winding. A terminal and a capacitor to be connected to a voltage doubler rectifier circuit, a DC output of the voltage doubler rectifier circuit and a DC output of the second rectifier are connected in parallel via a reflux prevention diode, and the first rectifier A rectifier circuit for a power generator for a distributed power source that connects the DC outputs of the two in parallel.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機から、風速又は流速に関わらず、風又は水より得られる概略の最大出力を取り出すための分散電源用発電装置の整流回路に関し、特に、PWMコンバータを用いずに定電圧充電を行う分散電源用発電装置の整流回路に関するものである。 The present invention relates to a rectifier circuit for a power generator for a distributed power source for taking out a rough maximum output obtained from wind or water from a permanent magnet generator driven by a wind turbine or a water turbine, regardless of wind speed or flow velocity. The present invention relates to a rectifier circuit of a power generator for a distributed power source that performs constant voltage charging without using a PWM converter.
風車又は水車に接続された永久磁石型発電機より、異なる流速から概略の最大出力を取り出すために、永久磁石型発電機の異なる大きさの誘起電圧値を発生する絶縁された複数の巻線の交流出力端子にリアクトルを経て直列に整流器を接続し、これらの整流器の直流出力を並列接続して外部に出力する分散電源用発電装置の整流回路がある。(例えば、後述する特許文献1の図1参照。)。
In order to extract the approximate maximum output from different flow rates from a permanent magnet generator connected to a windmill or water turbine, a plurality of insulated windings that generate different magnitudes of induced voltage values of the permanent magnet generator There is a rectifier circuit for a power generator for a distributed power source in which a rectifier is connected in series to a AC output terminal via a reactor, and the DC outputs of these rectifiers are connected in parallel and output to the outside. (For example, refer to FIG. 1 of
このような第1の従来例を、図10の風車に接続された分散電源用発電装置の整流回路を示す主回路結線図を参照して詳述する。 Such a first conventional example will be described in detail with reference to a main circuit connection diagram showing a rectifier circuit of a power generator for a distributed power source connected to the wind turbine of FIG.
図10において、1は風車、2は上記従来例の分散電源用発電装置の整流回路、3は永久磁石型発電機、4、5は第1および第2のリアクトル、61、62は第1および第2の整流器、9、10は第1および第2の巻線の出力端子、11は正側出力端子、12は負側出力端子、13はバッテリである。
In FIG. 10, 1 is a windmill, 2 is a rectifier circuit of the above-described conventional distributed power generator, 3 is a permanent magnet generator, 4, 5 are first and second reactors, and 61 and 62 are first and second reactors. The
図10において、永久磁石型発電機3は異なる誘起電圧値を発生する相互に絶縁された第1の巻線W1および第2の巻線W2の2種類の巻線を内蔵する。第1の巻線の交流出力は、第1の巻線の出力端子9を経て第1のリアクトル4に接続され、さらに直列に第1の整流器61に接続される。
In FIG. 10, the
第2の巻線の交流出力は、第2の巻線の出力端子10を経て第2のリアクトル5に接続され、さらに直列に第2の整流器62に接続される。
The AC output of the second winding is connected to the second reactor 5 via the
前記第1の整流器61および前記第2の整流器62の各々の直流側は、正側出力端子11及び負側出力端子12に接続され、各巻線の合計出力がバッテリ13に充電される。
The DC side of each of the
このように構成される分散電源用発電装置の整流回路2より、概略の風車最大出力が得られる方法を以下に示す。
A method of obtaining an approximate maximum wind turbine output from the
風車は、風車の形状及び風速Vが決まると、風車回転数Nに対する風車出力Pが一義的に定まる。例えば、風速Vx及びVyに対する風車出力Pは、それぞれ図7のようになる。そして、各々の風速に対する風車出力Pの最大値は、図7に示す風車最大出力曲線Ptのようになる。 In the wind turbine, when the shape of the wind turbine and the wind speed V are determined, the wind turbine output P with respect to the wind turbine rotation speed N is uniquely determined. For example, the windmill output P with respect to the wind speeds Vx and Vy is as shown in FIG. And the maximum value of the windmill output P with respect to each wind speed becomes like the windmill maximum output curve Pt shown in FIG.
すなわち、風から最大出力を得るためには、風車回転数Nが決まると、その時の永久磁石型発電機3の入力Pを一義的に、最大出力曲線Pt上の値に定めれば良いことを表している。
That is, in order to obtain the maximum output from the wind, once the wind turbine rotation speed N is determined, the input P of the
図5は、上記第1の従来例が対象とする分散電源用発電装置の整流回路2の直流出力をバッテリ等の定電圧源に接続した場合の説明図である。以下の説明では、風車出力と永久磁石型発電機3の入力が等しく、発電機損失(例えば銅損など)の損失を考慮する。
FIG. 5 is an explanatory diagram in the case where the DC output of the
分散電源用発電装置の整流回路2の永久磁石型発電機3内に巻かれた第1、第2の巻線の各出力は、各巻線の誘起電圧値の違い、各巻線内部インダクタンスと各出力端子に接続されるリアクトルによる電圧降下のために、図5の風車回転数対出力特性に示すP1、P2のようになる。
Each output of the first and second windings wound in the
風車回転数Nが低い場合には、永久磁石型発電機3内の第1および第2の巻線の誘起電圧値がバッテリ電圧Vbより低いために、バッテリ13には充電されない。
When the wind turbine rotational speed N is low, the induced voltage value of the first and second windings in the
風車回転数Nが上昇して、図5の風車回転数N2付近になると、第2の巻線に電流が流れ始め、風車回転数Nの上昇と共に電流が上昇し、第2の巻線による出力はP2のようになる。この時、風車回転数Nが上昇して誘起電圧が上昇しても、バッテッリ電圧は、ほぼ一定であるが、第2の巻線のインダクタンスおよび第2のリアクトル5によるインピーダンスが周波数に比例するために、出力P2は漸増するに留まる。 When the wind turbine rotation speed N increases and reaches the vicinity of the wind turbine rotation speed N2 in FIG. 5, the current starts to flow through the second winding, and as the wind turbine rotation speed N increases, the current increases, and the output by the second winding Becomes like P2. At this time, even if the wind turbine rotation speed N increases and the induced voltage increases, the battery voltage is substantially constant, but the inductance of the second winding and the impedance of the second reactor 5 are proportional to the frequency. At the same time, the output P2 only increases gradually.
第1の巻線は、さらに風車回転数Nが上昇することにより出力が取れるが、第1の巻線の内部インダクタンスおよび第1のリアクトル4が小さいために大きな出力が取れる。 Although the output of the first winding can be increased by further increasing the wind turbine rotation speed N, a large output can be obtained because the internal inductance of the first winding and the first reactor 4 are small.
このように構成される分散電源用発電装置の整流回路2のバッテリ等の定電圧源への出力は、図6の点線に示すように、永久磁石型発電機3内の第1、第2の巻線の出力P1、P2を加算して得られる合計出力であり、最大出力曲線Ptと概略同一である。
The output to the constant voltage source such as the battery of the
また第2の従来例として、風車又は水車により駆動されて、異なる誘起電圧値を発生する絶縁された複数の巻線により構成される永久磁石型発電機の巻線の交流出力を、個別の整流器により整流し、該個別の整流器の直流出力を並列に接続して外部に出力する分散電源用発電装置の直流出力回路において、前記複数の巻線の中で低い誘起電圧値を発生する巻線の出力端子にリアクトルを経て前記個別の整流器を接続し、前記複数の巻線の中で高い誘起電圧値を発生する巻線の出力端子にリアクトルを経て前記個別の整流器を接続するリアクトル直列整流回路とコンデンサを経て前記個別の整流器を接続するコンデンサ直列整流回路を並列に接続し、前記高い誘起電圧値を発生する巻線の内部インダクタンスによる誘導性インピーダンスと前記コンデンサによる容量性インピーダンスとの直列合成インピーダンスが、前記永久磁石型発電機の定格回転数範囲内において容量性インピーダンスとなるようにする分散電源用発電装置の整流回路がある(例えば、後述する特許文献2の図1参照。)。 Further, as a second conventional example, the AC output of the winding of a permanent magnet type generator constituted by a plurality of insulated windings driven by a windmill or a water turbine and generating different induced voltage values is converted into an individual rectifier. In the DC output circuit of the power generator for a distributed power source that rectifies and outputs the DC output of the individual rectifiers in parallel, the windings that generate a low induced voltage value among the plurality of windings A reactor series rectifier circuit that connects the individual rectifiers via a reactor to an output terminal, and connects the individual rectifiers via a reactor to an output terminal of a winding that generates a high induced voltage value among the plurality of windings; A capacitor series rectifier circuit that connects the individual rectifiers via a capacitor is connected in parallel, and an inductive impedance due to an internal inductance of the winding that generates the high induced voltage value and the There is a rectifier circuit for a power generator for a distributed power source in which a series combined impedance with a capacitive impedance by a capacitor becomes a capacitive impedance within a rated rotational speed range of the permanent magnet generator (for example, a patent document described later) 2 FIG. 1).
このような第2の従来例を、図11の風車に接続された分散電源用発電装置の整流回路を示す主回路結線図を参照して詳述する。 Such a second conventional example will be described in detail with reference to a main circuit connection diagram showing a rectifier circuit of a power generator for a distributed power source connected to the wind turbine of FIG.
図11において、7はコンデンサ、63は第3の整流器であり、図10と同一番号は同一構成部品を表す。 In FIG. 11, 7 is a capacitor, 63 is a third rectifier, and the same numbers as those in FIG. 10 represent the same components.
図11において、永久磁石型発電機3は異なる誘起電圧値を発生する相互に絶縁された第1の巻線W1および第2の巻線W2の2種類の巻線を内蔵する。第1の巻線の出力端子9には、第1のリアクトル4が接続され、さらに第1の整流器61が直列に接続される。第2の巻線の出力端子10には、第2のリアクトル5および第2の整流器62が直列に接続される。さらに第2の巻線の出力端子10には、コンデンサ7および第3の整流器63が直列に接続される。第1の整流器61、第2の整流器62および第3の整流器63の直流出力は、並列に接続され、その合計直流出力がバッテリ13に充電される。
In FIG. 11, the
第2の巻線の内部インダクタンスによる誘導性インピーダンスと、直列に接続されたコンデンサ7による容量性インピーダンスとの合成インピーダンスが、前記永久磁石型発電機3の定格回転数範囲内において容量性インピーダンスとなるように設計する。このように設計することにより、ある風車回転数以上になると第2の巻線には、バッテリ13への有効分電流と容量性インピーダンスによる進相分電流がベクトル的に加算された交流電流が流れる。
The combined impedance of the inductive impedance due to the internal inductance of the second winding and the capacitive impedance due to the
図8は、上記第2の従来例が対象とする分散電源用発電装置の整流回路2の直流出力をバッテリ等の定電圧源に接続した場合の説明図である。以下の説明では、風車出力と永久磁石型発電機3の入力が等しく、発電機損失(例えば銅損など)の損失を考慮する。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a case where the DC output of the
風車回転数Nが低い場合には、第2の巻線の誘起電圧値が、バッテリ電圧Vbより低いために、バッテリ13には充電されない。風車回転数Nが上昇して、風車回転数N2になると、第2のリアクトル5および第2の整流器62を通って電流が流れ始め、第2の整流器62の直流出力はPLとなる。この時、コンデンサ7のインピーダンスは大きいために、コンデンサ7を通って流れる第3の整流器63の直流出力PCは小さい。
When the wind turbine rotational speed N is low, the induced voltage value of the second winding is lower than the battery voltage Vb, so the
風車回転数Nが上昇すると、永久磁石型発電機3の周波数および誘起電圧が増加するが、第2の巻線の内部インダクタンス及び第2のリアクトル5により、インピーダンスが周波数に比例するために直流出力PLは漸増する。しかしながら、コンデンサ7は周波数に比例してインピーダンスが減少するために誘起電圧の増加と相まって直流出力PCが増加する。
When the wind turbine rotational speed N increases, the frequency and induced voltage of the
風車回転数Nが上昇し、風車回転数N1以上になると、内部インダクタンス等が小さい第1の巻線は、大きな出力が取れ始める。従って、前記永久磁石型発電機3の第1、第2の巻線の各出力は、各巻線の誘起電圧値の違い、および各巻線内部インダクタンスと各出力端子に接続されるリアクトル又はコンデンサによる電圧降下のために、図8の風車回転数対出力特性に示すP1、P2のようになる。
When the wind turbine rotation speed N increases and becomes greater than or equal to the wind turbine rotation speed N1, the first winding having a small internal inductance or the like starts to obtain a large output. Therefore, the outputs of the first and second windings of the
このように構成される上記分散電源用発電装置の整流回路2のバッテリ等の定電圧源への出力は、図9の点線に示すように、永久磁石型発電機3内の第1、第2の巻線の出力P1、P2を加算して得られる合計出力であり、最大出力曲線Ptと概略同一である。
The output to the constant voltage source such as a battery of the
しかしながら、上記のように構成される第1の従来例の分散電源用発電装置の整流回路2においては、低回転数領域から風車最大出力に沿った出力を取り出すために、第2の巻線の巻数を大きくしなければならない。したがって、巻数の大きい第2の巻線は大きい誘起電圧値を発生させるために、永久磁石型発電機3内の第2の巻線の絶縁耐圧を強化しなければならないという問題があった。
However, in the
また、永久磁石型発電機3の2種類の巻線の出力端子には、リアクトルが接続されているために、遅れ電流による発電機巻線との鎖交磁束ひいては発電機誘起電圧が減少するという問題があった。そのため、風車最大出力曲線Ptと近似出力曲線Psが大きく乖離する領域があり、風車又は水車より最大出力曲線に沿った出力を得ることができないという問題があった。
In addition, since the reactor is connected to the output terminals of the two types of windings of the
第2の従来例においては、上記の発電機誘起電圧の減少という問題について、逆に鎖交磁束ひいては発電機誘起電圧の増加を図ることができる。しかし、低回転数領域から風車最大出力に沿った出力を取り出すためには、上記第1の従来例と同様に、第2の巻線は大きい誘起電圧値を発生させる必要がある。したがって、永久磁石型発電機3内の第2の巻線の絶縁耐圧を強化しなければならないという問題があった。
In the second conventional example, conversely, with respect to the problem of a decrease in the generator induced voltage, it is possible to increase the linkage flux and thus the generator induced voltage. However, in order to take out the output along the wind turbine maximum output from the low rotation speed region, the second winding needs to generate a large induced voltage value as in the first conventional example. Therefore, there is a problem that the withstand voltage of the second winding in the
本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、永久磁石型発電機3内の巻線の絶縁耐圧を強化することなく、風車又は水車の概略の最大出力を得る分散電源用発電装置の整流回路の出力向上を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is a distributed power generator for a distributed power source that obtains a rough maximum output of a wind turbine or a water turbine without strengthening the dielectric strength of the windings in the
請求項1の発明によれば、風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機から、風又は水の流速に関わらず風車又は水車の概略の最大出力を得る分散電源用発電装置の整流回路において、前記永久磁石型発電機の第1の巻線は、該第1の巻線の出力端子および第1のリアクトルを経て第1の整流器に接続し、前記永久磁石型発電機の第2の巻線は、該第2の巻線の出力端子および第2のリアクトルを経て第2の整流器に接続し、さらに第2の巻線は、前記第2の巻線の出力端子およびコンデンサを経て倍電圧整流回路に接続し、該倍電圧整流回路の直流出力と前記第2の整流器の直流出力を、還流防止用ダイオードを介して並列に接続し、さらに前記第1の整流器の直流出力を並列に接続することを特徴とする分散電源用発電装置の整流回路。 According to the first aspect of the present invention, in the rectifier circuit of the power generator for a distributed power source, which obtains the approximate maximum output of the wind turbine or the water turbine regardless of the flow velocity of the wind or water from the permanent magnet generator driven by the wind turbine or the water turbine. The first winding of the permanent magnet generator is connected to the first rectifier via the output terminal of the first winding and the first reactor, and the second winding of the permanent magnet generator is connected. The line is connected to the second rectifier via the output terminal of the second winding and the second reactor, and the second winding is doubled via the output terminal of the second winding and the capacitor. Connected to a rectifier circuit, the DC output of the voltage doubler rectifier circuit and the DC output of the second rectifier are connected in parallel via a reflux prevention diode, and the DC output of the first rectifier is further connected in parallel Rectifying circuit of distributed power generator .
請求項2の発明によれば、前記倍電圧整流回路は、前記永久磁石型発電機の第2の巻線の出力端子に、直列にコンデンサを接続し、該コンデンサを経て第3の整流器を接続し、該第3の整流器に接続される任意の巻線の1相を、前記第3の整流器の直流出力側に並列に接続される直列コンデンサ回路の中点に接続して構成し、前記倍電圧整流回路の直流出力の正側に、前記第2の整流器の正側接続点をカソード側とし、直列に第1の還流防止用ダイオードを接続し、前記倍電圧回路の直流出力の負側に前記第2の整流器の負側接続点をアノード側とし、直列に第2の還流防止用ダイオードを接続したことを特徴とする請求項1記載の分散電源用発電装置の整流回路。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、風車又は水車により駆動される永久磁石型発電機から、風又は水の流速に関わらず風車又は水車の概略の最大出力を得る分散電源用発電装置の整流回路において、永久磁石型発電機内の巻線の種類を1種類の巻線として、低い風車回転数から充電を開始する整流回路を、前記倍電圧整流回路と前記第1の整流回路により構成し、前記倍電圧整流回路の直流出力の正側をアノード側とし、直列に還流防止ダイオードを接続し、前記倍電圧整流回路の直流出力の負側をカソード側とし、直列に還流防止ダイオードを接続し、前記還流防止ダイオードを接続した前記倍電圧整流回路の直流出力と前記第1の整流回路の直流出力を並列に接続することを特徴とする分散電源用発電装置の整流回路。
According to the invention of
本発明の分散電源用発電装置の整流回路においては、永久磁石型発電機3の細い巻線での構成が可能な第2の巻線は、倍電圧整流回路に接続されるために、風車回転数Nが低いときでもバッテリ13に充電できる第2の巻線の誘起電圧を半分にすることができる。従って、第2の巻線の絶縁耐圧を強化する必要が無いので、分散電源用発電装置の価格を下げることができる。さらに、風又は水より得られる概略の最大出力を取り出すことができる。
In the rectifier circuit of the power generator for a distributed power source according to the present invention, the second winding, which can be configured with a thin winding of the
風又は水の流速に関わらず風車又は水車の概略の最大出力を得る分散電源用発電装置の整流回路において、複数の巻線を内蔵した永久磁石型発電機の第1の巻線の出力端子および第1のリアクトルを経て第1の整流器に接続し、第2の巻線の出力端子および第2のリアクトルを経て第2の整流器に接続し、さらに前記第2の巻線の出力端子およびコンデンサを経て倍電圧整流回路に接続し、該倍電圧整流回路の直流出力と前記第2の整流器の直流出力を、還流防止用ダイオードを介して並列に接続し、さらに前記第1の整流器の直流出力を並列に接続する分散電源用発電装置の整流回路である。 An output terminal of a first winding of a permanent magnet generator having a plurality of windings therein, in a rectifier circuit of a power generator for a distributed power source that obtains an approximate maximum output of the wind turbine or the water turbine regardless of the flow velocity of the wind or water; Connected to the first rectifier via the first reactor, connected to the output terminal of the second winding and the second rectifier via the second reactor, and further connected to the output terminal of the second winding and the capacitor And then connecting to the voltage doubler rectifier circuit, connecting the DC output of the voltage doubler rectifier circuit and the DC output of the second rectifier in parallel via a reflux prevention diode, and further connecting the DC output of the first rectifier It is the rectifier circuit of the power generator for distributed power supplies connected in parallel.
図1は、本発明を風車に適用した場合であり、風車により駆動される分散電源用発電装置の整流回路を説明する主回路結線図である。 FIG. 1 is a main circuit connection diagram illustrating a rectifier circuit of a power generator for a distributed power source that is driven by a windmill when the present invention is applied to the windmill.
同図において、81は倍電圧整流回路、111は第2の整流器62と倍電圧整流回路81の正側接続点、112は第2の整流器62と倍電圧整流回路81の負側接続点、601、602は第1、第2の還流防止用ダイオードであり、図10および図11と同一番号は同一構成部品を表す。本発明の分散電源用発電装置の整流回路2は、永久磁石型発電機、第1および第2のリアクトル、コンデンサ、第1〜第3の整流器、第1〜第2の倍電圧用コンデンサ、第1および第2の還流防止用ダイオード、正側出力端子、負側出力端子で構成される。
In the figure, 81 is a voltage doubler rectifier circuit, 111 is a positive connection point of the
以下、図1について説明する。
第1の巻線の出力は、従来例と同様に、第1の巻線の出力端子9、第1のリアクトル4および第1の整流器61を経てバッテリ13に出力される。
Hereinafter, FIG. 1 will be described.
The output of the first winding is output to the
第2の巻線の出力は、第2の巻線の出力端子10より、2つの各直流出力回路を経て、バッテリ13に出力される。以下に第2の巻線の2つの直流出力回路を説明する。
The output of the second winding is output from the
第2の巻線の1つ目の直流出力回路は、第2の巻線の出力端子10に、直列に第2のリアクトル5を接続し、該第2のリアクトル5に直列に第2の整流器62を接続して構成される。その直流出力は、第2の巻線の出力端子10、第2のリアクトル5および第2の整流器62経て、バッテリ13に出力される。
The first DC output circuit of the second winding has a second reactor 5 connected in series to the
第2の巻線の2つ目の直流出力回路は、次のように構成される。
第2の巻線の出力端子10に、直列にコンデンサ7を接続し、該コンデンサ7に直列に第3の整流器63を接続し、該第3の整流器63に接続された第2の巻線の1相を、前記第3の整流器の直流出力側に並列に接続される直列コンデンサ回路16の中点Sに接続される。前記直列コンデンサ回路16は、第1の倍電圧用コンデンサ14と第2の倍電圧用コンデンサ15が直列に接続されて構成される。前記第3の整流器63と直列コンデンサ回路16により、倍電圧整流回路81が構成される。
The second DC output circuit of the second winding is configured as follows.
The
上記のように構成される第2の巻線の2つ目の直流出力回路は、第2の巻線の出力端子10、コンデンサ7および倍電圧整流回路81を経てバッテリ13に出力される。
The second DC output circuit of the second winding configured as described above is output to the
ここで、前記倍電圧整流回路81の直流出力は、前記第2の整流器62の直流出力の正側接続点111をカソード側とする第1の還流防止用ダイオード601および前記第2の整流器62の直流出力の負側接続点112をアノード側とする第2の還流防止用ダイオード602を介して、上記第2の整流器62の直流出力と並列に接続される。
Here, the DC output of the voltage
還流防止用ダイオード601および602は、バッテリ13に充電されずに、倍電圧整流回路81を構成する直列コンデンサ回路16の中点Sを経て、第2の巻線間で電流が還流することを防ぐ目的で接続される。
The
図3は、実施例1における前記永久磁石型発電機3内の第2の巻線の巻数が、第1の巻線の2倍の巻数である場合の分散電源用発電装置の整流回路2の直流出力をバッテリ等の定電圧源に接続した場合の説明図である。
FIG. 3 shows the
図3を用いて、実施例1の分散電源用発電装置の整流回路2の直流出力について説明する。風車回転数Nが上昇し、第2の巻線の電圧がバッテリ13へ充電を開始する電圧の半分、図3における風車回転数N22の半分の風車回転数N21になると、第2の巻線の出力端子10からコンデンサ7を経て倍電圧整流回路81より、バッテリ13に充電を開始する。その直流出力は、図3のP21のようになる。
With reference to FIG. 3, the DC output of the
さらに、風車回転数Nが上昇し、風車回転数N21付近になると、第2の巻線の出力端子10、第2のリアクトル5を経て第2の整流器62からも直流出力し、バッテリ13に充電される。その直流出力は、図3のP22のようになる。
Further, when the wind turbine rotational speed N rises and becomes near the wind turbine rotational speed N 21, the direct current is output from the
そして、風車回転数Nがさらに上昇し、風車回転数N1になると、第1の巻線から第1のリアクトル4を経て第1の整流器61からも直流出力し、バッテリ13に充電される。バッテリ13には直流出力であるP21、P22、P1の合計出力が充電され、図4のように最大出力曲線Ptに沿った近似出力曲線Psを得ることができる。
When the wind turbine rotational speed N further increases and reaches the wind turbine rotational speed N1, the direct current is output from the
上記のように実施例1では、永久磁石型発電機3内の第2の巻線は、第2の巻線の出力端子10に直列に第2のリアクトル5を接続し、該第2のリアクトル5を経て第2の整流器62を接続する整流回路と、第2の巻線の出力端子10に直列にコンデンサ7を接続し、該コンデンサ7を経て第3の整流器63に接続し、該第3の整流器63に接続される前記第2の巻線の1相を、前記第3の整流器の直流出力側に並列に接続される直列コンデンサ回路16の中点Sに接続し構成する倍電圧整流回路81の各々の直流出力を並列に接続している。これは、第2の巻線の内部インダクタンスとコンデンサとの直列合成インピーダンスを永久磁石型発電機の定格回転数範囲内において容量性となるように設計することにより、図3および図4に示すように風車回転数Nが低い領域でも出力を得ることができ、さらに風車回転数Nが大きい時にも最大出力曲線Ptと近似出力曲線Psをほぼ一致させることが可能となる。
As described above, in the first embodiment, the second winding in the
第1の倍電圧用コンデンサ14と第2の倍電圧用コンデンサ15のそれぞれの直流電圧値は、コンデンサ容量の大小によって電圧脈動の大小があるが、バッテリ13の電圧値の半分に充電される。よって、風車回転数N21が風車回転数N22の半分で充電可能な電圧となり、バッテリ13に充電を開始することが可能となる。
The DC voltage values of the first voltage doubler capacitor 14 and the second
したがって、低い風車回転数から充電可能な整流回路を構成することができ、さらに第2の巻線の絶縁耐圧を従来のままに抑えることができる。 Therefore, it is possible to configure a rectifier circuit that can be charged from a low windmill speed, and further to suppress the withstand voltage of the second winding as in the prior art.
図1の本発明の実施例では、永久磁石型発電機3の巻線が2種類の場合で説明したが、3種類の巻線として、低い風車回転数から充電を開始する巻線に倍電圧整流回路を接続する方法も可能である。
このように構成することにより、分散電源用発電装置の整流回路2のバッテリ13等の定電圧源への出力を、2巻線の場合よりも風車の最大出力曲線Ptに近づけることができるので、風からより多くのエネルギーを取得できる。
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the case of two types of windings of the
By configuring in this way, the output to the constant voltage source such as the
また、本発明で用いるリアクトルは、飽和リアクトルや、タップ付きとすることで、風車出力特性により一致するような微調整が可能である。
さらに、図1における第1のリアクトル4は、永久磁石型発電機3内のインダクタンスが設計段階で把握できれば、省略することも可能である。
In addition, the reactor used in the present invention can be finely adjusted so as to match the wind turbine output characteristics by being a saturated reactor or having a tap.
Furthermore, the first reactor 4 in FIG. 1 can be omitted if the inductance in the
図2に示す本発明の第2の実施例は、本発明の第1の実施例で説明した分散電源用発電装置の整流回路において、永久磁石型発電機3内の巻線の種類が1種類の場合の主回路結線図である。
The second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is one type of winding in the permanent
同図において、81は倍電圧整流回路、113は第1の整流器61と倍電圧整流回路81の正側接続点、114は第1の整流器61と倍電圧整流回路81の負側接続点、図1、図10および図11と同一番号は同一構成部品を表す。本発明の分散電源用発電装置の整流回路2は、永久磁石型発電機、第1のリアクトル、コンデンサ、第1〜第2の整流器、第1〜第2の倍電圧用コンデンサ、第1および第2の還流防止用ダイオード、正側出力端子、負側出力端子で構成される。
In the figure, 81 is a voltage doubler rectifier circuit, 113 is a positive connection point of the
以下、図2について説明する。
第1の巻線の出力は、第1の巻線の出力端子9より、2つの各直流出力回路を経て、バッテリ13に出力される。以下に2つの直流出力回路を説明する。
Hereinafter, FIG. 2 will be described.
The output of the first winding is output from the
第1の巻線の1つ目の直流出力回路は、第1の巻線の出力端子9に、直列に第1のリアクトル4を接続し、該第1のリアクトル4に直列に第1の整流器61を接続して構成される。その直流出力は、第1の巻線の出力端子9、第1のリアクトル4および第1の整流器61経て、バッテリ13に出力される。
The first DC output circuit of the first winding has a first reactor 4 connected in series to the
第1の巻線の2つ目の直流出力回路は、次のように構成される。
第1の巻線の出力端子9に、直列にコンデンサ7を接続し、該コンデンサ7に直列に第2の整流器62を接続し、該第2の整流器62に接続された第1の巻線の1相を、前記第2の整流器の直流出力側に並列に接続される直列コンデンサ回路16の中点Sに接続される。前記直列コンデンサ回路16は、第1の倍電圧用コンデンサ14と第2の倍電圧用コンデンサ15が直列に接続されて構成される。前記第2の整流器62と直列コンデンサ回路16により、倍電圧整流回路81が構成される。
The second DC output circuit of the first winding is configured as follows.
The
上記のように構成される第1の巻線の2つ目の直流出力回路は、第1の巻線の出力端子9、コンデンサ7および倍電圧整流回路81を経てバッテリ13に出力される。
The second DC output circuit of the first winding configured as described above is output to the
ここで、前記倍電圧整流回路81の直流出力は、前記第2の整流器61の直流出力の正側接続点113をカソード側とする第1の還流防止用ダイオード601および前記第2の整流器62の直流出力の負側接続点114をアノード側とする第2の還流防止用ダイオード602を介して、上記第1の整流器61の直流出力と並列に接続される。
Here, the DC output of the voltage
実施例1と同様に、還流防止用ダイオード601および602は、バッテリ13に充電されずに、倍電圧整流回路81を構成する直列コンデンサ回路16の中点Sを経て、第1の巻線間で電流が還流することを防ぐ目的で接続される。
Similar to the first embodiment, the
第1の倍電圧用コンデンサ14と第2の倍電圧用コンデンサ15のそれぞれの直流電圧は、コンデンサ容量の大小によって電圧脈動の大小があるが、バッテリ13の電圧の半分に充電される。よって、倍電圧整流回路81の直流出力は、第1の整流器61の直流出力を開始する風車回転数の半分で、バッテリ13に充電を開始することが可能となる。
The DC voltage of each of the first voltage doubler capacitor 14 and the second
上記倍電圧整流回路81の直流出力と第1の整流器61の直流出力は、図5のP2、P1とほぼ同等となる。このように本発明の合計出力は、図6の近似出力曲線Psとほぼ同等となるが、実施例1の近似出力曲線Psよりは最大出力曲線Ptに近似していないが、簡便な方法で、最大出力曲線Ptに近似した出力が取り出せる。つまり、2つの巻線を内蔵した永久磁石型発電機で構成する第1の従来例の分散電源用発電装置の整流回路と同等の性能を、1つの巻線で実現することが可能である。
The DC output of the voltage
また、本発明で用いるリアクトルは、飽和リアクトルや、タップ付きとすることで、風車出力特性により一致するような微調整が可能である。
さらに、図2におけるリアクトル4は、永久磁石型発電機3内のインダクタンスが設計段階で把握できれば、省略することも可能である。
In addition, the reactor used in the present invention can be finely adjusted so as to match the wind turbine output characteristics by being a saturated reactor or having a tap.
Furthermore, the reactor 4 in FIG. 2 can be omitted if the inductance in the
本発明の分散電源用発電装置の整流回路によれば、倍電圧整流回路と還流防止用ダイオードを接続することにより、巻線の絶縁耐圧を強化することなく、低い風車回転数から充電を開始することが可能となり、風又は水より得られる概略の最大出力を取り出すことが可能となり、非常に有用である。 According to the rectifier circuit of the power generator for a distributed power source of the present invention, charging is started from a low windmill speed without increasing the withstand voltage of the winding by connecting the voltage doubler rectifier circuit and the reflux prevention diode. It is possible to extract the approximate maximum output obtained from wind or water, which is very useful.
また、永久磁石型発電機内の低い風車回転数から充電を開始する巻線の絶縁耐圧を強化することがないため、安価な分散電源用発電装置の整流回路を提供できる。 Further, since the withstand voltage of the winding that starts charging at a low wind turbine speed in the permanent magnet generator is not strengthened, an inexpensive rectifier circuit for a power generator for a distributed power source can be provided.
1 風車
2 分散電源用発電装置
3 永久磁石型発電機
4、5 第1、第2のリアクトル
61、62、63 第1、第2、第3の整流器
7 コンデンサ
81 倍電圧整流回路
9 第1の巻線の出力端子
10 第2の巻線の出力端子
14、15 第1、第2の倍電圧用コンデンサ
16 直列コンデンサ回路
601、602 第1、第2の還流防止用ダイオード
111 第2の整流器の直流出力と倍電圧整流回路の直流出力の正側接続点
112 第2の整流器の直流出力と倍電圧整流回路の直流出力の負側接続点
113 第1の整流器の直流出力と倍電圧整流回路の直流出力の正側接続点
114 第1の整流器の直流出力と倍電圧整流回路の直流出力の負側接続点
11 分散電源用発電装置の正側出力端子
12 分散電源用発電装置の負側出力端子
13 バッテリ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Winding in a permanent magnet generator in a rectifier circuit of a power generator for a distributed power source that obtains the approximate maximum output of a wind turbine or water turbine from a permanent magnet generator driven by a wind turbine or water turbine regardless of the flow velocity of wind or water The rectifier circuit that starts charging at a low wind turbine speed is configured by the voltage doubler rectifier circuit and the first rectifier circuit, and the positive side of the DC output of the voltage doubler rectifier circuit The anode side, connected in series with a reflux prevention diode, the negative side of the DC output of the voltage doubler rectifier circuit as the cathode side, connected in series with a reflux prevention diode, and the voltage doubler rectifier connected with the reflux prevention diode A rectifier circuit for a power generator for a distributed power source, wherein a DC output of a circuit and a DC output of the first rectifier circuit are connected in parallel.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2018207628A (en) * | 2017-06-01 | 2018-12-27 | 三菱電機エンジニアリング株式会社 | Wind power generator |
| EP3584901A1 (en) | 2018-06-20 | 2019-12-25 | Akademia Morska W Szczecinie | A method of power distribution between electric generators and its implementation |
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