输入电路和电力转换装置的制造方法

输入电路和电力转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及输入从太阳能电池、燃料电池、蓄电池等直流电力源供给的直流电力的输入电路和将通过该输入电路获得的直流电力转换为交流电力的电力转换装置。
【背景技术】
[0002]近年来，开发有将由太阳能电池、燃料电池、蓄电池等发电的直流电力转换为交流电力，并将该转换后的交流电力供给至负载的交流电力供给系统。例如，太阳能电池单元由于各个单元的电动势和输出电流小，所以将多个太阳能电池单元串联连接而得到的太阳能电池模块并联连接多个而获得所期望的直流电力。此外，燃料电池和蓄电池也将恰当个数并联/串联连接，以获得所期望的输出。
[0003]例如，如果为太阳能发电系统，则不仅具有多个太阳能电池模块而且具有将这些太阳能模块的输出集中起来的集电部和将直流电力转换为交流电力的电力转换部。该集电部在箱内连接将多个太阳能电池模块分别连接的配线而构成一个输出线。由此，集电部能够将多个太阳能电池模块并联连接，将多个太阳能电池模块的输出电力集中为一个。通过集电部集中起来的多个太阳能电池模块的直流输出电力被输出至电力转换部，通过该电力转换部转换为与商用电力系统的频率同步的交流电力之后，与商用电力系统(负载)重叠。另外，还存在不通过商用电力系统的配线地将交流电力直接供给至负载的情况。
[0004]在这样的集电部内，在直流电力的正极线路和负极线路，分别设置有直流开闭器，以能够在进行系统的保养时将太阳能电池等直流电力源分离(参照以下专利文献I)。另夕卜，当在直流开闭器中流动电流时打开直流开闭器的接片时，产生电弧放电。即在流动大电流的电路中，即使为了遮断电流而从接点打开直流开闭器的接片，由于电弧放电，接片与接点的周围的空气也发生离子化，根据接片与接点间的距离靠近等条件，存在电弧放电持续的情况。接点和接片会由于该电弧放电而被加热，此外，直流开闭器会由于电弧放电的热而发生故障。因此，提供有具备使电弧放电消失的消弧机构的直流开闭器(参照以下专利文献2) O
[0005]在该消弧机构中，例如具有专利文献2所示那样利用磁铁的结构。具体而言，对消弧机构在将磁铁配置在接片附近时、电弧放电的方向因与电流的方向和磁通量的方向相应地产生的力而发生变化进行利用。消弧机构在电弧放电之前具有磁性板，在磁性板引入电弧放电而进行切断、冷却，从而消除电弧放电。因此，具有消弧机构的直流开闭器将电流的方向固定，使电弧放电朝向磁性板侧。因此，直流开闭器在连向直流电力源的连接时预先决定极性(正极、负极)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2010-41758号公报
[0009]专利文献2:日本特开2011-129385号公报【实用新型内容】
[0010]实用新型所要解决的问题
[0011]但是，如果将直流电力与预先决定的极性不同地连接至直流开闭器，则根据电路结构构成电流的循环路径，存在直流开闭器的接片如果关闭则电流直接流动的情况。在该状态下如果扩大直流开闭器的接片，则产生电弧放电，但是该电弧放电的流动的电流的方向相反，所以通过消弧机构的磁铁的作用，成为与磁性板的存在方向相反的方向。因此，存在电弧放电不消失，直流开闭器产生故障的情况。
[0012]包括在将直流开闭器的接片从接点打开时产生的电弧放电持续的危险。虽然在将接片关闭到接点时也产生电弧放电，但是该电弧放电持续的时间为接片关闭期间的时间，比将接片从接点开放时的持续时间短。但是，在这种情况下，如果电弧放电发生的次数多，也存在产生与上述说明相同的问题的可能性。
[0013]本实用新型是鉴于上述各种问题而完成的，其目的在于，提供即使在将直流电力与预定的极性不同地连接至直流开闭器的情况下，也能够抑制电弧放电导致的直流开闭器的故障的输入电路和电力转换装置。
[0014]用于解决问题的方式
[0015]为了达到上述目的，本实用新型的输入电路是将具有正极和负极的直流电力与具有正极输入端子和负极输入端的双极单投开关的各个输入端子对应地连接的输入电路，其特征在于，
[0016]上述双极单投开关具有在上述直流电力的正极与正极输入端子连接且上述直流电力的负极与负极输入端子连接时、使该开关操作时的电弧放电衰减的消弧机构，并且在从上述负极输入端子向上述正极输入端子流动电流的方向上电连接有二极管。
[0017]在本实用新型的输入电路，即使直流电力的正极和负极不同地连接至作为直流开闭器的双极单投开关的负极输入端子或正极输入端子，也在该双极单投开关前成为直流电力通过二极管被短路的状态，所以电流不流向该双极单投开关。因此，根据本实用新型的输入电路，在双极单投开关内不产生电弧放电，所以该双极单投开关由于电弧放电而发生故障的可能性变低。另外，本实用新型的直流开闭器能够作为直流电力源在太阳能电池模块、燃料电池和蓄电池等情况下等加以应用。
[0018]在本实用新型的输入电路，也可以为如下方式:在上述双极单投开关的输出侧的端子连接有具有电抗器、开关元件、整流二极管和电容器的升压电路，与上述开关元件并联设置有能够进行与该开关元件动作时的电流方向相反的方向的通电的续流二极管。
[0019]根据本实用新型的输入电路，即使在这样的升压电路的续流二极管作为将直流电力相反连接时的电流的循环路径发挥作用时，也能够进行上述双极单投开关的保护。
[0020]此外，在本实用新型的输入电路，优选上述直流电力为利用太阳能电池发电的电力。
[0021]太阳能电池由于各个单元的电动势和输出电流小，所以通过使用多个将多个太阳能电池单元串联或并联连接而得到的太阳能电池模块而获得所期望的直流电力。因此，如果作为直流电力在利用太阳能电池发电的结构应用，则将正极和负极错误连接的可能性大，所以能够良好地确认本实用新型的输入电路的作用效果。
[0022]进一步，本实用新型的电力转换装置在通过输入电路将直流电力输入后将其电压利用升压电路升压、利用逆变电路转换为交流电力而供给至负载，该电力转换装置的特征在于:上述输入电路将上述直流电力的正极和负极与具有正极输入端子和负极输入端的双极单投开关的各个输入端子对应地连接，上述双极单投开关具有在上述直流电力的正极与上述正极输入端子连接且上述直流电力的负极与上述负极输入端子连接时、使该开关操作时的电弧放电衰减的消弧机构，并且在从上述负极输入端子向上述正极输入端子流动电流的方向上电连接有二极管，上述升压电路具有电抗器、开关元件、整流二极管和电容器，与上述开关元件并联设置有能够进行与该开关元件的动作时的电流方向相反的方向的通电的续流二极管。
[0023]根据本实用新型的电力转换装置，即使将直流电力的正极和负极错误地连接至双极单投开关的负极输入端子或正极输入端子、形成通过续流二极管的电流的循环路径，也在该开关前成为直流电力通过二极管被短路的状态，所以电流不流向该开关，不产生电弧放电。因此由于电弧放电而该开关发生故障的可能性降低。
[0024]此外，在本实用新型的电力转换装置，优选上述直流电力为利用太阳能电池发电的电力。
[0025]当作为直流电力在利用太阳能电池发电的结构应用时，如上述那样，即使在正极和负极错误连接至电力转换装置的情况下，也能够良好地确认本实用新型的电力转换装置的作用效果。
【附图说明】
[0026]图1是表示实施方式I的交流电力供给系统的框图。
[0027]图2是实施方式I的集电部的电路图。
[0028]图3是实施方式I的逆变器的电路图。
[0029]图4是变形例I的集电部的电路图。
[0030]图5是变形例2的集电部的电路图。
[0031]图6是实施方式2的电力转换装置的电路图。
[0032]附图标记的说明
[0033]I交流电力供给系统
[0034]2A?2D太阳能电池模块
[0035]3、3A、3B集电部(中继端子箱)
[0036]4逆变器
[0037]5连接继电器
[0038]6 负载
[0039]7商用电源系统
[0040]1a ?1e 第 I 二极管
[0041]Ila?Ile正极输入端子
[0042]12a?12e负极输入端子
[0043]13A?13E开闭开关
[0044]14正极输出端子
[0045]15负极输出端子
[0046]16正极输入端子
[0047]17负极输入端子
[0048]18开关元件
[0049]19开关电路
[0050]20全桥电路
[0051]21、22交流输出端子
[0052]23a ?23h 第 2 二极管
[0053]24电力转换装置
[0054]DCL直流电抗器
[0055]ACL交流电抗器
[0056]CON平滑电容器
[0057]Xe电容器
[0058]RLY系统继电器
【具体实施方式】
[0059]以下，参照各实施方式和附图对用于实施本实用新型的方式进行详细说明。不过，以下所示的各实施方式是对用于将本实用新型的技术思想具体化的输入电路和电力转换装置的一个例子进行说明，并不意味着将本实用新型限定为这些实施方式中记载的输入电路和电力转换装置，本实用新型在权利要求的范围内包括的其它实施方式中也能够同样地应用。此外，本实用新型在作为直流电力使用太阳能电池、燃料电池以及蓄电池中的任一种的情况下也能够同样地应用，但是在以下的说明中以作为直流电力使用多个太阳能电池串联和并联连接而成的太阳能电池模块的情况为代表进行说明。
[0060][实施方式I]
[0061]首先，使用图1对实施方式I的交流电力供给系统I的概略结构进行说明。该交流电力供给系统I包括将多个(例如4个)太阳能电池模块2A?2D的发电电力汇聚为一个直流电力的集电部(也称为集电箱、中继端子箱)3和将该直流电力转换为交流电力的逆变器部4，从逆变器部4输出的交流电力经过连接继电器5、适当地供给至负载6或与商用电源系统7重叠。
[0062]太阳能电池模块2A?2D分别包括将多个(在图中为14个)太阳能电池单元串联连接，并将其进一步并联连接多个(图中为2列)而得到的结构。图2表示将实施方式I中的太阳能电池模块2A连接至开闭开关13A(是以将接点和接片作为一个电路、将该电路至少内置两个电路且使得该两个电路的接片连动的方式构成的 双极单投开关的一个例子)的例子，该太阳能电池模块2A与设置在集电部3的分别对应的正输入端子I Ia和负输入端子12连接。
[0063]而且，集电部3的太阳能电池模块2A的正极和负极分别与正极输入端子Ila和负极负输入端子12a连接，此外，设置有第I 二极管1a和开闭开关13A，开闭开关13A的输出侧分别与正极输出端子14和负极输出端子15连接。S卩，集电部3利用开闭开关13A对太阳能电池模块2A的发电电力进行开闭控制，控制从正极输出端子14和负极输出端子15输出的直流电力。
[0064]此处使用的开闭开关13A在将接点和接片的组合作为一个电路、分别设置在正极路线和负极路线的大电流用的双极单投开关的结构中，进一步包括使在内部在接点和接片的开闭操作时产生的电弧放电消失的消弧机构。该消弧机构设置成，在上述直流电力的正极与开闭开关13A的正极输入端子连接且上述直流电力的负极与开闭开关13A的负极输入端子连接时，使该开关的操作时的电弧放电衰减。该消弧机构包括磁性体和消弧部件，该磁性体在形成该连接时的电流的流动方向上特定地配置，该消弧部件根据该电流与磁性体的位置关系将电弧放电导向特定方向，配置在该电弧放电的方向上。作为具备这样的功能的开闭开关，例如具有上述专利文献2中公开的那样的直流开闭器。而且，在本实施方式I的集电部3中，第I 二极管1a以使得电流从负输入端子12a流向正输入端子IIa侧的方式连接。
[0065]此外，集电部3的正输出端子14和负输出端子15的输出如图3所不那样，分别被输入逆变器4的正输入端子16和负输入端子17。逆变器4是以DC/AC转换电路为主的器件，还称为PV逆变器、电力调节器等。逆变器4将直流电力转换为50Hz至60Hz的特定的交流电力、即与商用电源系统的交流电力相同相位的交流电力而输出。
[0066]被输入逆变器4的正输入端子16和负输入端子17的直流电力经过直流用电抗器DCL被输入开关元件模块18。该开关元件模块18作为分别具有晶体管和续流二极管的并联电路的升压用开关电路19和单相的全桥电路20构成，并被IC化。而且，直流用电抗器DCL的输出侧与升压用开关电路19的输入侧A点连接，在该升压用开关电路19与全桥电路20的连接点B点与C点之间连接有平滑电容器CON。此外，全桥电路20的输出点D点和E点分别与交流用电抗器ACL连接。另外，直流用电抗器DCL和交流用电抗器ACL使用对于频率50Hz至60Hz的频率的电抗大的电抗器，平滑电容器CON也使用大电容的电容器。
[0067]此处，由直流用电抗器DCL、升压用开关电路19和平滑电容器CON构成升压型的DC/DC变换器电路(Converter电路)，由全桥电路20和一对交流用电抗器ACL构成DC/AC变换器电路。另外，与交流用电抗器ACL的输出侧连接的电容器Xe用于除去噪声。这些升压用开关电路19和全桥电路20根据来自其它控制电路的信号控制，但是它们的具体的控制方式不影响本实用新型的动作，能够使用通常的方式，省略其详细说明。
[0068]此外，来自一对交流用电抗器ACL的交流输出结果一对交流输出端子21、22、连接继电器5，连接至负载6和商用电源系统7 (参照图1)。
[0069]此处，参照图2对第I 二极管1a的功能进行说明。连接太阳能电池模块2A与集电部3的电气施工人员和设置太阳能电池模块2A的设置者通常由不同的作业员进行。因此，存在作业员弄错、将太阳能电池模块2A的正极和负极错误地、相反地连接至集电部3的正极输入端子11和负极输入端子12a的情况。
[0070]在进行了这样的误连接的情况下，如果在与正输出端子14和负输出端子15连接的侧的电路形成直流电流的循环电流，则由于关闭开闭开关13A的接片而在开闭开关13A流动大电流。如果在该状态下使开闭开关13A的接片从接点离开，则在开闭开关13A的内部的接点和接片间产生电弧放电。该电弧放电使得在开闭开关13A流动的电流的方向与设计方向相反，因此，由于消弧机构的磁性体的作用而引起的电弧放电的方向与将太阳能电池模块2A的正极和负极正确地连接的情况成为相反方向，消弧机构不发挥作用，其结果是，存在电弧放电不减少、继续进行电弧放电的情况。当在开闭开关13A内电弧放电继续时，开闭开关13A内成为高温，开闭开关13A发生故障的可能性变大。
[0071]但是，在实施方式I的交流电力供给系统I中，第I 二极管1a以使得电流从集电部3的负极输入端子12流向正极输入端子Ila —侧方式连接。当具备这样的结构时，在太阳能电池模块2A的正极和负极与集电部3的正极输入端子Ila和负极输入端子12a正确地连接的情况下，在第I 二极管1a中不流动电流，不存在开闭开关13A的输入阻抗发生变化等影响。但是，在太阳能电池模块2A的正极和负极与集电部3的正极输入端子Ila和负极输入端子12a相反地连接的情况下，该相反地连接的太阳能电池模块2A在开闭开关13A之前成为通过第I 二极管被短路的状态，不向开闭开关13A流动电流。因此，在开闭开关13A，在对开闭开关13A的接片进行操作时不流动能够引起电弧放电的电流。
[0072][变形例1、2]
[0073]图4所示的变形例I的集电部3A是令太阳能电池模块为太阳能电池模块2A?2D的4列的情况。变形例I的集电部3A不仅如实施方式I的集电部3那样包括开闭开关13A?13D、正极输入端子Ila?lid、负极输入端子12a?12d、以使得电流从负极输入端子12a?12d流向正输入端子Ila?Ild—侧的方式连接的第I 二极管1a?10d，而且包括在开闭开关13A?13D的正输出接点侧与正输出端子14之间按正向(顺方向)分别插入第2 二极管23a?23d的结构。此外，变形例2的集电部3B与变形例I不同，将第2 二极管23e?23h按反方向分别插入至开闭开关13A?13D的负输出接点侧与负输出端子15之间。
[0074]当具备这样的结构时，在将太阳能电池模块2A?2D的任一模块的正极和负极误连接时，通过第I 二极管1a?1d流动电流，在开闭开关13A?13D不流动电流，所以在开闭开关13A?13D内不产生电弧放电。但是，如果有其它太阳能电池模块的输出进入第I二极管1a?10d，则存在二极管发生故障，例如开放故障的情况，在这种情况下，不能进行太阳能电池模块的误连接的保护。为了防止该输出的进入，设置有第2 二极管23a?23h。
[0075][实施方式2]
[0076]图6表示作为逆变器部4的输入电路使用变形例I所示的结构的输入电流的实施方式2的电力转换装置24。即，实施方式2的电力转换装置24在将图4所示的变形例I (也可以删除二极管1a?1d)的正极输出端子14和负极输出端子15连接至图3所示的逆变器4的正极输入端子16和负极输入端子17时，经过另外包括开闭开关13E和第I 二极管1e的输入电路。
[0077]开闭开关13E与上述的开闭开关13A?13D的情况同样具备使电弧放电衰减的消弧机构。第I 二极管1e以使得电流从该开闭开关13E的负极输入端子12e流向正极输入端子Ile的方式电连接。在该实施方式2的电力转换装置24中，与上述的变形例I所示的机构的输入电流的情况同样，也防止在错误地使得集电部3的正极输出端子14连接至负极输入端子17、负极输出端子15连接至正极输入端子16时，在在开闭开关13E流动电流。
[0078]另外，虽然构成被施加至负极输入端子17的直流电力经与升压部的开关电路19的开关元件并联设置的续流二极管和直流电抗器DCL返回至正极输入端子16的循环电路，成为在开闭开关13E的接片关闭时的电流路径，但是通过第I 二极管10e，在该循环电路中不流动电流。
【主权项】
1.一种输入电路，其特征在于: 将具有正极和负极的直流电力与具有正极输入端子和负极输入端的双极单投开关的各个输入端子对应地连接，其中 所述双极单投开关具有在所述直流电力的正极与正极输入端子连接且所述直流电力的负极与负极输入端子连接时、使该开关操作时的电弧放电衰减的消弧机构，并且在从所述负极输入端子向所述正极输入端子流动电流的方向上电连接有二极管。
2.如权利要求1所述的输入电路，其特征在于: 在所述双极单投开关的输出侧的端子连接有具有电抗器、开关元件、整流二极管和电容器的升压电路， 与所述开关元件并联设置有能够进行与该开关元件动作时的电流方向相反的方向的通电的续流二极管。
3.如权利要求1或2所述的输入电路，其特征在于: 所述直流电力为利用太阳能电池发出的电力。
4.一种电力转换装置，其特征在于: 在通过输入电路输入直流电力后，将其电压利用升压电路升压，利用逆变电路转换为交流电力而供给至负载，其中 所述输入电路将所述直流电力的正极和负极与具有正极输入端子和负极输入端的双极单投开关的各个输入端子对应地连接， 所述双极单投开关具有在所述直流电力的正极与所述正极输入端子连接且所述直流电力的负极与所述负极输入端子连接时、使该开关操作时的电弧放电衰减的消弧机构，并且在从所述负极输入端子向所述正极输入端子流动电流的方向上电连接有二极管， 所述升压电路具有电抗器、开关元件、整流二极管和电容器， 与所述开关元件并联设置有能够进行与该开关元件的动作时的电流方向相反的方向的通电的续流二极管。
5.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于: 所述直流电力为利用太阳能电池发出的电力。
【专利摘要】本实用新型提供一种输入电路和电力转换装置。上述输入电路将具有正极和负极的直流电力与具有正极输入端子和负极输入端的开闭开关的各个输入端子对应地连接，双极单投开关具有在直流电力的正极与正极输入端子连接且直流电力的负极与负极输入端子连接时、使该开关操作时的电弧放电衰减的消弧机构，并且在从负极输入端子向正极输入端子流动电流的方向上电连接有二极管。上述电力转换装置在通过上述输入电路输入直流电力后，将其电压利用升压电路升压，利用逆变电路转换为交流电力而供给至负载，升压电路具有电抗器、开关元件、整流二极管和电容器，与开关元件并联设置有能够进行与该开关元件的动作时的电流方向相反的方向的通电的续流二极管。
【IPC分类】H01H9-54, H01H33-59, H02M3-155
【公开号】CN204614723
【申请号】CN201290001291
【发明人】河野兼祐, 高田元, 合田智哉
【申请人】三洋电机株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2012年8月30日
【公告号】WO2014033868A1