(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流端子と呼ばれ、交流電流が供給される複数の端子と、直流端子と呼ばれ、直流電流を外部回路に供給するように適応された２つの端子と、各交流端子を各直流端子に接続する整流アーム（Ｕ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−）であって、単一交流端子と単一直流端子との間に配置される整流アームと、並列に接続されるとともに、一方の側で部品セットと呼ばれる導電性部品セットによって前記直流端子に接続されて他方の側で前記交流端子に接続された複数の一方向電子部品（５）と、を含み、
少なくとも１つの整流アーム（Ｕ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−）の前記部品セットが、部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）と呼ばれる複数の互いに分離した別個の導電性部品バスバーを含み、それぞれが直流端子に接続された少なくとも一端を有し、前記一方向電子部品（５）が、前記部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）に接続され、部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）と同じ数の並列に接続された部品セット（７１，７２）として分割されるグレーツ・ブリッジ変換器整流器において、
同一の整流アームの前記部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）が、同一の接続バスバー（８０，８００）に接続され、各接続バスバーが、単一導体（８１，８２）によって単一のコレクタ・バスバー（１０，１００）に接続され、前記単一導体（８１，８２）が、前記接続バスバー（８０，８００）を前記コレクタ・バスバー（１０，１００）から離間させることを特徴とする、グレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項２】
前記一方向電子部品（５）と前記交流端子との間の接続が、一方の側で前記一方向電子部品と直列に接続され、他方の側で交流端子に接続された少なくとも１つのヒューズ・バスバー（１１Ａ、１１Ｂ）に接続された一方向電子部品（５）ごとにヒューズと呼ばれるヒューズ抵抗器（７）を含むヒューズ・セットによって実現されている、請求項１に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項３】
前記同一の部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）に割り当てられた前記一方向電子部品（５）が、前記同一のヒューズ・バスバー（１１Ａ，１１Ｂ）に接続されている、請求項２に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項４】
前記ヒューズ・セットが、部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）ごとに少なくとも１つのヒューズ・バスバー（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、各ヒューズ・バスバー（１１Ａ，１１Ｂ）が、単一の部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）に割り当てられた前記一方向電子部品（５）に電気的に接続されている、請求項２または３のいずれか１項に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項５】
幾つかのヒューズ・バスバー（１１Ａ，１１Ｂ）が、分布バスバー（２０）と呼ばれる導電性バスバーによって互いに接続されている、請求項４に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項６】
部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）ごとに、前記一方向電子部品（５）が、前記部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）の反対側にそれぞれ位置決めされた２つの群に分割されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項７】
前記コレクタ・バスバー（１０，１００，１０１）が、前記部品バスバー（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）の一端に固定されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項８】
前記別個の部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）が、コレクタ・バスバー（１０，１００）の同じ側に配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項９】
前記別個の部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）が、中央コレクタ・バスバー（１０）の一方の側に配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項１０】
前記単一導体（８１，８２）が、前記接続バスバー（８０，８００）の実質的に中間で前記接続バスバー（８０，８００）に接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項１１】
前記部品バスバー（９Ａ，９Ｂ）が、実質的に同一平面（Ｐ１）内に配置され、前記単一導体（８１，８２）および前記コレクタ・バスバー（１０，１００）が、実質的に同一の他の平面（Ｐ２）内に配置され、前記２つの平面（Ｐ１，Ｐ２）が実質的に垂直である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【請求項１２】
交流端子（Ｕ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−）によって固有のグレーツ・ブリッジ（Ｒ１，Ｒ２）にそれぞれ接続された２つの変圧器を含み、前記グレーツ・ブリッジ（Ｒ１，Ｒ２）がそれぞれ、直流電源回路に接続された正の直流端子と負の直流端子とを有し、前記グレーツ・ブリッジ（Ｒ１，Ｒ２）は、その正の直流端子が共通化され、その負の直流端子が共通化される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のグレーツ・ブリッジ変換器整流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流及び／又は高電圧又は中間電圧電力整流器の分野に関する。
【０００２】
この分野は、最大１１０キロアンペア（ｋＡ）の直流電流と、２２００ボルト（Ｖ）を超え得る電圧を提供することができる整流器を対象とする。
【０００３】
本発明は、大出力直流電源装置を必要とする電気集約的処理に直流電流を供給するために使用される大出力（１００メガボルトアンペア（ＭＶＡ））整流器の構造に関する。したがって、本発明は、アルミニウム又は非鉄金属（銅、亜鉛、塩素）電解プラントに電力を供給するために使用され得る。本発明は、直流アーク炉など、大電力直流電源を必要とする他の電気集約的処理に電力を供給するために使用されてもよい。
【０００４】
以下の説明では、１つの特定の例として、電解プラントに電力を供給するためのそのような整流器の使用が用いられる。
【背景技術】
【０００５】
電解プラント用の電源は、並列に接続された複数の電源（通常は群と呼ばれる）から成る。図１は、電源群の動作原理を示す。この電源群は、主に、次のものから成る。
・グリッド電圧を中間電圧に調整するための調整変圧器１。
・電力が供給されるプラントによって引き起こされる負荷電圧の値により中間電圧を適切な開路電圧に調整し、また電解プロセスに必要な大電流を提供する整流変圧器２。
・半導体部品（ダイオード又はサイリスタ）を使用して整流直流電流と電圧を負荷に提供する整流器３。
・電源群を並列に接続する１組の電力バスバー４。
【０００６】
図２は、１２相二重グレーツ・ブリッジ（Graetz-bridge）ダイオード整流器３の一例を示す。この整流器変換器は、第１の三相変圧器Ｔ１と第２の三相変圧器Ｔ２間の変圧器にそれぞれ接続された２つのグレーツ・ブリッジ構造Ｒ１及びＲ２を組み合わせている。各三相変圧器Ｔ１，Ｔ２は、３つの位相、即ち、第１の三相変圧器Ｔ１の位相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と、第２の三相変圧器Ｔ２のＵ２，Ｖ２，Ｗ２とを有する。各三相変圧器は、三相グレーツ・ブリッジに電力供給する。各三相グレーツ・ブリッジは、交流電流が供給される３つの端子（交流端子と呼ばれる）と、直流電流を提供する２つの端子とを有する単相グレーツ・ブリッジとして働く。三相グレーツ・ブリッジは、三相変圧器の初期の６分の１周期を有する電流を生成することを可能にする。各位相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２は、前述の交流端子のうちの１つによってグレーツ・ブリッジに接続される。簡略化のため、交流端子と位相は、同じ参照符号を有する。
【０００７】
図１では、図を単純化するため、同じ位相の２つの交流端子が接続されるように図示されている。
【０００８】
２つの三相グレーツ・ブリッジは、２つの共通直流端子、即ち正の直流端子ＤＣ＋と負の直流端子ＤＣ−に接続される。これらの直流端子は、電力を供給するプラントに直流電流と電圧を提供することを可能にする。
【０００９】
各グレーツ・ブリッジ（Ｒ１，Ｒ２）は、各位相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及びＵ２，Ｖ２，Ｗ２を２つの直流端子（ＤＣ＋，ＤＣ−）のそれぞれに接続するように配置された、整流アームＵ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−と呼ばれる６つのアームを有する。したがって、グレーツ・ブリッジの各整流アームは、交流端子と直流端子との間に接続される。
【００１０】
各整流アームＵ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−自体は、ｎ個の一方向電子部品５（例えば、ダイオードやサイリスタ）を並列に接続することによって構成される。一方向電子部品は、一方向の電流だけを通し逆方向の電流を阻止することができるのでそのように呼ばれる。以下では、用語「一方向部品５」は、ダイオード、サイリスタ、又は何らかの他の一方向電子部品を区別なく指す。
【００１１】
部品のこの並列接続の目的は、ダイオードとして働き同時に整流器３を通る電力を整流するのに十分に高い定格を有する素子を得ることである。ｎ個の一方向部品５は、従来、一方の側が同じ導電体構造に電気的に接続される。この導電体構造は、部品バスバー６と呼ばれ、一方向部品５と直流端子との間で電流を流すことを可能にする。
【００１２】
各一方向部品５は、他方の側が、ヒューズ７と呼ばれるヒューズ抵抗器と直列に接続されることが好ましい。ヒューズは、故障した一方向部品５に流れる故障電流を遮断し、それにより整流アームを保護するために使用される。そのような故障した一方向部品は、電流を、一方向部品５によって通常許容される方向と逆方向に通す。これにより、整流アームの利点が制限されることになる。１つの一方向部品だけが故障した場合、電流は、上記故障した一方向部品とその隣りのヒューズに、逆方向に、変圧器の最大電力に対応する電力で流れる。この電力は、ヒューズ７を破壊し、これにより、故障した一方向部品５による電気接続が遮断される。これは、逆方向に流れる電流を遮断する。故障した一方向部品５は、回路から取り出され、故障が発生した場合でも、１つ数が少ない一方向部品５を有する機能的整流アームが得られる。
【００１３】
整流器３に流れる電力を増やすには、電圧又は電流を高める必要がある。
【００１４】
整流電圧の値が大きくなると（典型的には、２２００直流電圧（Ｖｄｃ）まで）、高い逆電圧に耐えることができるダイオード又はサイリスタ５を使用しなければならない。しかしながら、現在の電子部品技術では、大電流ダイオード又はサイリスタ５は作製できない。前述のように、並列に接続された複数の一方向部品５を使用しなければならない。また、整流電流を増やすために、並列に接続された一方向部品５の数も増やさなければならない。したがって、１００ｋＡ、２２００Ｖｄｃの整流器の場合、使用される電子部品のタイプと動作条件により、各整流アーム内で１８〜２０個のダイオード又はサイリスタを並列に接続しなければならない。
【００１５】
更に、整流電圧が高い場合に電流定格が非常に高いヒューズ７を得ることはきわめて難しい。これにより、各ヒューズ７に流れる電流が制限される。この場合、各一方向部品５の電流を制限しなければならず、これにより、並列に接続された［部品＋ヒューズ］機能群の数が増える。
【００１６】
部品のそのような並列接続は、同じ整流アームの一方向部品５間で電流を平衡させる問題を引き起こす。図３は、ｎ個のダイオードを含む典型的な整流アームへの配電の例を示している。
【００１７】
部品バスバーの一端から始まる整流アーム内の各ダイオードに割り当てられた順番が、横軸にプロットされる。各ダイオードに流れる電流Ｉが、縦軸にプロットされる。
【００１８】
ダイオードのうちの１つが、他のダイオードより少ない負荷を受け、電流Ｉｍｉｎを流し、また少なくとも１つの他のダイオードが、他のダイオードより大きい負荷を受け、電流Ｉｍａｘを流すことが分かる。平均電流Ｉｍｏｙは、整流アーム内の全電流を並列の一方向部品５の数ｎで割ったもので示される。
【００１９】
部品バスバーの端に配置された端部ダイオードの電流負荷が最も大きいことが分かる。これは、図７と関連して後で説明されるように、回路の幾何学形状によって、また磁界の分布によって説明することができる。
【００２０】
不均衡（不安定）パーセントｄ％は、次の式によって定義される。
ｄ％＝Ｍａｘ（｜Ｉｍａｘ／Ｉｍｏｙ−１｜｜Ｉｍｉｎ／Ｉｍｏｙ−１｜）。
【００２１】
整流アームの最小負荷のダイオードと最大負荷のダイオード間のこの不均衡により、部品が電流Ｉｍａｘを流す必要が実際にはほとんどない場合でも、整流アームの全ての部品の定格を電流Ｉｍａｘに耐えるように決めなければならない。
【００２２】
図４は、整流アームの部品バスバーにあるダイオードの数ｎの関数として、既存の構造で得られる幾つかの代表的な不均衡値ｄ％を示す。ｄ％の値は、主に、整流器の機械的構造に依存する。
【００２３】
不均衡値ｄ％が、並列の部品の数ｎと共に急激に大きくなることが分かる。これにより、ダイオード間の電流のばらつきが非常に大きくなる。
【００２４】
大電力を整流するには、一方向部品５を並列に追加しなければならない。これにより、不均衡が大きくなる。その結果、一方向部品５に流れる平均電流Ｉｍｏｙが減少する。Ｉｍｏｙの減少値を補正するために更に一方向部品５を並列に追加しなければならず、これにより不均衡が更に強まる。
【００２５】
最後に、特定の電流値を越えると、既存の整流器構造は、並列に接続された数ｎ個の一方向部品５を有し、これが法外な不均衡の原因になる。
【００２６】
このタイプの整流器３のユーザは、整流器内で超えることができない最大不均衡値ｄ％を課すことが多い。この不均衡基準が、機器の許容基準である。
【００２７】
大出力を提供できる機器を提案できるようにするために、制限された不均衡（典型的には３０％）があるときに、多数ｎ個のダイオード又はサイリスタを同時に並列接続できる整流器構造を各整流アームに作成することが必要になる。
【００２８】
先行技術では、整流アームの並列接続された一方向部品５が、一般に、アルミニウム又は銅フレーム８を介して直流端子に接続される（図５を参照）。現時点での技術では、このフレーム８を作成する様々な方法があり、目的は、一方向部品５と直流端子との間のインピーダンスの分布を平衡させることである。図５は、各グレーツ・ブリッジが、交流電流が供給される３つの位相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２とを整流する二重グレーツ・ブリッジの構造を示す。二重グレーツ・ブリッジは、その出力で、２つの直流端子ＤＣ＋及びＤＣ−を介して直流電流を提供する。
【００２９】
整流アームの一方向部品５は、一方の側が、通常部品バスバーと呼ばれる水冷式アルミニウム又は銅導電性バスバー９に接続される。整流アームに流れる電流Ｉは、前述のフレーム８の一部を構成しかつ部品バスバー９に垂直な、コレクタ・バスバーと呼ばれる１つ又は複数の導電性バスバー１０によって収集される。部品バスバー９の各端は、コレクタ・バスバー１０に接続される。次に、コレクタ・バスバー１０は、フレーム８の２つの相対する辺となり、部品バスバー９を整流器の直流端子（ＤＣ＋又はＤＣ−）に接続する。
【００３０】
ヒューズ抵抗器７が、各一方向部品５の一方の側に接続され、一方向部品５が、ヒューズ抵抗器７とコレクタ・バスバー１０の間に直列に接続される。ヒューズ抵抗器７は、水冷式の銅又はアルミニウムの導電性バスバー（ヒューズ・バスバー１１と呼ばれる）によって支持される。各整流アームに１つのヒューズ・バスバー１１がある。ヒューズ・バスバー１１は、一方向部品５を、ヒューズ抵抗器７を介して整流器の対応する交流端子に接続する。一方向部品５及び関連ヒューズ抵抗器７が、機能群を構成する。
【００３１】
したがって、交流端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２及びＷ２から整流アームＧを通る電流は、次のものを通る。
・導電ケーブル１２
・ヒューズ・バスバー１１（機能群に分割された電流）
・ヒューズ７
・ヒューズ７と直列の一方向部品５（ダイオード又はサイリスタ）
・部品バスバー９（異なる機能群からの電流が組み合わせられる）
【００３２】
次に、電流は、整流アームを出て、フレーム８のコレクタ・バスバー１０に達し、他の位相（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）からの電流と組み合わされた後で、フレーム８が接続された直流端子に結合する。
【００３３】
部品バスバー９とヒューズ・バスバー１１は、複数の面を有する。一方向部品５とヒューズ７は、一般に、部品バスバー９とヒューズ・バスバー１１の２つの反対の面に接続される（図６を参照）。図６は、この原理を示す斜視図である。この図では、一端で交流端子に接続されたヒューズ・バスバー１１と、一端でコレクタ・バスバー１０に接続された部品バスバー９とが見える。最後に、一方向部品５と直列にヒューズ７をそれぞれ含む複数の機能群６０が表わされている。機能群６０は、ヒューズ・バスバー１１と部品バスバー９との間に直接位置決めされない。そのような位置は、２つのバスバー９と１１の間の空間を雑然とさせることになる。
【００３４】
構造を整然とさせるために、機能群６０は、２つのバスバーを通る平面Ｐの２つの側で２つのバスバー９，１０に接続された２つの組に分けられる。
【００３５】
現在、各整流アーム内に並列に最高１４個のダイオード又はサイリスタを含む市販の整流器がある。
【００３６】
また、コミュテーション・バスバーとして知られる少なくとも１つの中間バスバー１３を提供することが従来技術から知られており、この利点は、ＡＢＢ文書「100 kA conversion units for highly efficient aluminum smelters」（Aluminum 2004/3, 4ページから転載）により良好な平衡を可能にするように記載されている。中間バスバー１３は、直流端子に接続されたフレーム８のレベルに位置決めされる。これは、部品バスバーの一端にそれぞれある２つのコレクタ・バスバーを接続する。中間バスバーは、２つの部品バスバーの間に配置され、したがって、コレクタ・バスバーの端に配置された導電性バスバーに追加される。
【００３７】
上記の文献の著者は、ダイオード又はサイリスタの数ｎが１４の場合に２２％を超える不均衡値ｄ％を示す。
【００３８】
上記の先行技術の構造は、不均衡が法外になることなく並列の部品を１６又は１８個より増やすことは難しいため、不満足なものである。
【００３９】
したがって、大出力での電流又は電圧の変換を可能にするには、並列の機能群の数を増やせることが重要であることは明らかである。しかしながら、これと同じ理由で、不均衡の大きさを制限することが重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００４０】
ここで、本発明は、主に、整流器の構造に関し、ユーザによって課される最大不均衡値を超えずに多数の部品を並列に接続できるようにすることを目的とする。本発明は、典型的には、並列の２０，２４個以上の部品を２０％〜３０％の最大不均衡率で接続することを目標とする。
【００４１】
本発明は、位相ごとに、少なくとも２組の機能群を並列に作成することを目標とする。機械的視点から見ると、これは、各部品バスバーと各ヒューズ・バスバーを複製して、それにより、少なくとも２つの部品バスバーと２つのヒューズ・バスバーが並列に接続されるようにすることにある。
【００４２】
提案された新しい構造の目的は、整流器によって提供される出力を高める問題に取り組むことである。
【００４３】
したがって、本発明は、交流電流が供給される端子（交流端子と呼ばれる）と、外部回路に直流電流を供給するように適応された２つの端子（直流端子と呼ばれる）と、各交流端子を各直流端子に接続する整流アームとを有するグレーツ・ブリッジ変換器整流器を提供する。各整流アームは、単一交流端子と単一直流端子の間にあり、並列に接続された複数の一方向電子部品（一方向部品と呼ばれる）を含む。一方向部品は、一方の側で、導電性セット（導電性セットと呼ばれる）によって直流端子に接続され、他方の側で交流端子に接続される。
【００４４】
本発明は、少なくとも１つの整流アームの部品セットが、直流端子に接続された少なくとも１つの端をそれぞれ有する複数の導電性バスバー（部品バスバーと呼ばれる）を含む点に特徴がある。一方向部品は、部品バスバーに接続され、部品バスバーと同じ数の並列に接続された部品セットに分割される。したがって、各整流アームに少なくとも２個の部品バスバーがあることは明らかである。
【００４５】
したがって、本発明によれば、不均衡が、各部品群に限定される。これにより、本発明の整流器は、ｎ個の一方向部品と関連した不均衡をそれぞれ有する少なくとも２組の部品を含む。したがって、各部品セットは、他の部品セットと無関係に平衡されてもよい。この場合、２組の部品間の全体の平衡をとる必要がある。
【００４６】
そのような構成は、２ｎ個の一方向部品を有する先行技術の整流アームと比べて、２個の部品バスバーを有する整流アームの全体の不均衡を減少させる。本発明によれば、各部品バスバーは、ｎ個の一方向部品だけを含む。その場合、部品バスバーごとに修正される不均衡は、およそ２ｎ個の一方向部品と関連した不均衡ではなく、ｎ個の一方向部品と関連した不均衡である。３つ以上の部品バスバーがある場合、各部品バスバー内の不均衡が、先行技術の構造に比べて減少することは明らかである。
【００４７】
２つの部品バスバーに多数の部品（例えば、２０個の部品）が並列接続された状況では、本発明は、不均衡をほぼ２分の１に減少させることができる。
【００４８】
行われたシミュレーションにより、次の結果が得られた。
・従来技術はｎ＝２０：５０％の不均衡。
・本発明はｎ＝２０：２０〜２５％の不均衡。
【００４９】
本発明の変換器整流器は、単一部品バスバーを複数の部品バスバーと置き換えることによって平衡をとる操縦性が向上するので、先行技術の変換器整流器より良好に動作する。整流変圧器の位相ごとに、ｋ組のｎ／ｋ個の一方向部品を並列に作成することによって（ｋは少なくとも２に等しい）、平衡問題は、各位相のｎ個の部品を互いに平衡させることから、最初にｎ／ｋ個の部品のｋ組をそれぞれ他から独立に平衡させ、次にｋ組を互いに平衡させることまで減少する。
【００５０】
本発明の変換器整流器は、更に、現在の先行技術の解決策よりも体積の点で小さく、これは、部品バスバーとヒューズ・バスバーが、従来技術と比べて２分の１，３分の１又は４分の１の長さを有するからである。
【００５１】
したがって、本発明は、あまり多くの不均衡を導入することなく、先行技術より大きい電力を整流することを可能にする。
【００５２】
本発明は、また、一方向部品と交流端子との間の接続が、ヒューズ・セットによって達成される整流アームに関する。ヒューズ・セットは、一方向部品ごとにヒューズ抵抗器（ヒューズと呼ばれる）を含み、ヒューズ抵抗器は、一方の側で上記一方向部品と直列に接続され、他方の側で交流端子に接続された少なくとも１つのヒューズ・バスバーに接続される。換言すると、ヒューズ・セットは、少なくとも１つのヒューズ・バスバーと、ヒューズとして挙動するように適応されたヒューズ抵抗器とを含む。ヒューズは、互いに並列に接続され、したがって、各一方向部品は、固有のヒューズと直列であり、機能群を構成する。機能群は、一方向部品が互いに並列になるように互いに並列である。
【００５３】
本発明によれば、整流アームは、複数の別個の部品バスバーを含む。例えば、２つ、３つ、４つ以上の部品バスバーがあってもよく、個別の部品バスバーが多いほど、各部品バスバーの不均衡が低く保持されたまま並列に群化される一方向部品の数が多くなる。しかしながら、部品バスバーを互いに平衡させなければならない更なる難しさを考慮しなければならない。同じ部品バスバーに割り当てられた部品は、同じヒューズ・バスバーに接続されることが好ましい。
【００５４】
本発明の整流アームは、ヒューズ・セットが部品バスバーごとに少なくとも１つのヒューズ・バスバーを含むものでよい。各ヒューズ・バスバーは、単一の部品バスバーに割り当てられた部品に電気的に接続される。ヒューズ・バスバーは、分布バスバーと呼ばれる導電性バスバーによって接続される。これにより、整流アームの機能群間の抵抗分布を良好にすることができる。
【００５５】
各部品バスバーの一方向部品は、部品バスバーの反対側にそれぞれ位置決めされた２群に分割されると有利である。先行技術と同じように、この構成は、一方向部品間の構造的違いを少なくしかつ不均衡を小さくすることを可能にする。
【００５６】
コレクタ・バスバーを含むグレーツ・ブリッジ変換器整流器は、直流端子を、複数の交流端子に接続された個別の部品バスバーに接続することが好ましい。換言すると、直流端子のコレクタ・バスバーは、直流端子を様々な交流端子からの整流アームに接続する。コレクタ・バスバーは、部品バスバーの一端に固定されることが好ましい。
【００５７】
直流端子に接続されたフレームを形成するために、少なくとも１つの部品バスバーの一端に接続され組み立てられた複数のコレクタ・バスバーがあってもよい。これにより、一方向部品と直流端子との間で電流をより効率的に伝えることができる。直流端子と各一方向部品との間には更に多くの導電経路がある。
【００５８】
本発明の一実施形態では、コレクタ・バスバーの同じ側に別個の部品バスバーがあってもよい。
【００５９】
これと反対に、部品バスバーは、中央コレクタ・バスバーと呼ばれるコレクタ・バスバーのどちらかの側に配置され、一端によって上記コレクタ・バスバーに接続される。この場合、２つの部品バスバーは、コレクタ・バスバーへの結合部分で互いにずらされる。
【００６０】
有利には、部品バスバーは、互いに、一端によって、同一の接続バスバーと電気的に接続され、上記接続バスバーは、導体を介してコレクタ・バスバーに接続される。導体は、コレクタ・バスバーを接続バスバーから離間させる。部品の不均衡を改善するために、導体が、接続バスバーのほぼ中間部に接続されることが望ましい。
【００６１】
変換器整流器の小型化を改良するために、部品バスバーが、実質的に同じ平面内に配置され、また接続される導体とコレクタ・バスバーが、実質的に同じ別の平面内に配置され、これら２つの平面が、実質的に垂直であることが好ましい。
【００６２】
本発明が、多相グレーツ・ブリッジ変換器整流器に関するときは、各変圧器が、交流端子によって固有のグレーツ・ブリッジに接続される。更に、様々な変圧器のグレーツ・ブリッジはそれぞれ、直流電流が供給される回路に接続された正の直流端子と負の直流端子を有し、グレーツ・ブリッジは、その正の直流端子が共通化され、負の直流端子が共通化される。変圧器が三相変圧器の場合、グレーツ・ブリッジは、三相グレーツ・ブリッジである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
添付図面を非限定的な例として参照し、以下の記述を読むことにより、本発明をより明確に理解することができ、本発明の他の詳細、利点及び特徴は明らかになる。
【図１】（先行技術）プラント直流電源構造の簡略化した電気回路図である。
【図２】（先行技術）交流電流が供給された３つの相を入力に含むグレーツ・ブリッジ整流器の電気回路図である。
【図３】（先行技術）部品に流れる電流を部品バスバー上の位置の関数として表すグラフである。
【図４】（先行技術）部品間の不均衡の発生を同じ部品バスバー上の部品の数の関数として示すグラフである。
【図５】（先行技術）整流アームの構造を部品バスバーとヒューズ・バスバーのレベルで簡略化した形で表すグレーツ・ブリッジ整流器を示す図である。
【図６】部品バスバー、ヒューズ・バスバー及びコレクタ・バスバーに対する機能群の構成の斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における、部品バスバーとヒューズ・バスバーのレベルで、整流アームの構造と、コレクタ・バスバーに対する部品バスバーの構成を簡略的に示す図である。
【図８】１つのコレクタ・バスバーだけを有する図７の変形の図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の別の実施形態による部品バスバーとヒューズ・バスバーのレベルで整流アームの構造を簡略的に示す図である。
【図１０】図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明による部品バスバーとヒューズ・バスバーのレベルで整流アームの構造を簡略的に示す図であり、部品バスバーは、コレクタ・バスバーに固定された接続バスバーを介して互いに接続され、コレクタ・バスバーは、接続バスバーから離間されている。
【図１１】部品バスバーと同じ数のバスバー１１Ａ，１１Ｂがある本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図１２】３つ以上の部品バスバーを含む本発明の一実施形態を示す図である。
【００６４】
異なる図の同一、類似又は同等の部分は、図間の移動を容易にするために同じ参照番号を有する。
【００６５】
図を簡略化するために、図に表わされた様々な部分は、必ずしも等分目盛で表わされない。
【００６６】
本発明の装置の様々な実施形態を示す図は、例として提供され、本発明に限定されない。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
本発明は、第１に、変換器整流器に含まれるように設計された三相グレーツ・ブリッジ整流器アームに関する。整流アームは、以下で、変換器整流器に含まれるように説明される。一般的に言うと、本発明を示す図７〜図１２は、本発明の単一整流アームの図であり、変換器整流器全体の図ではない。
【００６８】
図２に示されたように、三相グレーツ・ブリッジ整流器Ｒ１，Ｒ２は、交流電流が供給された３つの位相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１又はＵ２，Ｖ２，Ｗ２それぞれの２つの各交流端子を、直流電流が供給される電気回路の２つの直流端子に接続する６つの整流アームで構成される。したがって、三相グレーツ・ブリッジは、電気回路で正極性に見える正の直流端子ＤＣ＋と、電気回路で負極性に見える負の直流端子ＤＣ−とを有する。各位相Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は、１つの位相の交流端子と２つの直流端子の一方とを接続する２つの整流アームＵ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−を含む。
【００６９】
各整流アームＵ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−は、電流が一方向にだけ通ることを可能にする１組の電子部品を含む。これらの部品は、一方向部品と呼ばれる。整流アームＵ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−は、これらの連結により、交流端子に供給された交流電流から、直流端子に直流電流が生成されるように構成される。
【００７０】
整流アームの一方向電子部品の組は、特に、並列に接続された所定数ｎ個のダイオード又はサイリスタを含む。明細書の残りの部分では、用語「一方向部品５」は、ダイオード、サイリスタ、又は他の一方向電子部品を区別なく指す。
【００７１】
多くの一方向部品５が、同じ部品バスバー９と並列に接続されたときに生じる不均衡を制限するために、本発明は、整流アームＵ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−ごとに、１つだけなく少なくとも２つの部品バスバー９Ａ、９Ｂを使用することを提案する（図７参照）。１つではなく２つの部品バスバー９Ａ、９Ｂ間に一方向部品５を分散させることにより、各部品バスバー９Ａ、９Ｂの平衡される一方向部品５の数が半分になる。したがって、部品バスバー９Ａ，９Ｂを互いに平衡させるのが容易である。
【００７２】
各部品バスバー９Ａ，９Ｂは、その一端がコレクタ・バスバー１０に接続され、その他端が別のコレクタ・バスバー１００に接続されてもよく、２つのコレクタ・バスバー１０，１００は、互いにかつ同じ直流端子に接続される。
【００７３】
本発明によれば、次に、各コレクタ・バスバー１０，１００は、上記整流アームの少なくとも２つの部品バスバー９Ａ、９Ｂに接続される。換言すると、同じ整流アーム内で並列に接続された一方向部品５の幾つかは、所定の部品バスバー９Ａに接続され、他のものは、別の離れた部品バスバー９Ｂに接続され、したがって、少なくとも２組の部品７１，７２の組が構成される。２つの部品バスバー９Ａ，９Ｂ自体は、１つ又は複数のコレクタ・バスバー１０，１００に接続され、その結果、部品７１，７２の組が、互いに並列に接続される。
【００７４】
コレクタ・バスバー１０，１００は、一般に、同じ変圧器の交流端子を同じ直流端子に接続する同じ三相グレーツ・ブリッジの３つの整流アームに共通である。また、一般に、例えば２つの三相グレーツ・ブリッジが並列に接続された１２相変換器を表わす図５に示されたようなマルチ変圧器変換器整流器の場合、様々な変圧器の整流アームに共通である。
【００７５】
図７は、一方向部品５に接続されたヒューズ・バスバー１１とヒューズ７を示す。図の右側のヒューズ７だけがヒューズ・バスバー１１に接続されているように表わされているが、全てのヒューズ７がヒューズ・バスバー１１に接続されており、これが、後の全ての図に当てはまることを理解されたい。
【００７６】
電気的視点から見ると、一方向部品５は、互いに先行技術と同じように配列される。しかしながら、構造的視点から見ると、一方向部品５は、１つ又は複数のコレクタ・バスバー１０，１００に端部において接続された単一の部品バスバーに接続されていないが、当該端部の少なくとも一端によって１つ又は複数のコレクタ・バスバー１０，１００に電気的に接続された少なくとも２つの独立した部品バスバー９Ａ，９Ｂに取り付けられる。
【００７７】
一実施形態では、図７に示されたように、コレクタ・バスバー１０，１００は、部品バスバー９Ａ，９Ｂのまわりにフレーム８を形成してもよい。フレームは、図７、図１０、図１２のように３つの辺だけと、図９Ｂのように４つの辺を有することがある。コレクタ・バスバー１０，１００は、各部品バスバー９Ａ，９Ｂの２つの端部に固定され、また互いに接続される。変形例において（図８）は、部品バスバー９Ａ，９Ｂは、１つのコレクタ・バスバー１０の同じ側に配置されることがある。各部品バスバー９Ａ，９Ｂの一端は、コレクタ・バスバー１０に接続され、その他の端部は、接続されない場合と、第２のコレクタ・バスバー１００に接続される場合とがある。
【００７８】
図７の構成では、コレクタ・バスバー１０，１００に流れる電流は、同じ極性を有し、したがって、部品バスバー９Ａ，９Ｂの端部に配置された一方向電子部品５の近くの磁界は、中央の一方向部品５のレベルの磁界より強い。末端の一方向部品５は、中央の一方向部品５よりも大きい電流負荷がかけられる。
【００７９】
別の実施形態では、部品バスバー９Ａ，９Ｂは、中央コレクタ・バスバー１０の一方の側に配置されてもよい（図９Ａ）。２つの部品バスバー９Ａ，９Ｂは、別個であり、中央コレクタ・バスバーへの接続が互いにオフセットされている。幾つかの状況では（図９Ｂ）、２つの部品バスバー９Ａ，９Ｂに、中央コレクタ・バスバー１０１が取り付けられることがある。したがって、２つの部品バスバー９Ａ，９Ｂは、互いに一列に並ぶ。更に、中央コレクタ・バスバー１０１に固定されていない部品バスバー９Ａ、９Ｂの他方の末端に、追加のコレクタ・バスバー１０２，１０３が提供される。次に、上記追加のコレクタ・バスバー１０２，１０３は、中央コレクタ・バスバー１０１に接続されて、部品バスバー９Ａ，９Ｂのまわりのフレーム８が形成される。これにより、部品バスバー９Ａ，９Ｂは、一方向部品（ダイオード又はサイリスタ）５から送られた全ての電流を、一方の端部だけでなく２つの端部を介して放出することができる。部品バスバー９Ａ，９Ｂのこの２つの端部は、コレクタ・バスバー１０１，１０２，１０３に接続されている。
【００８０】
図１０Ａと図１０Ｂに示されたその他の実施形態では、同じ整流アームの部品バスバー９Ａ，９Ｂは、接続バスバーと呼ばれる導電性バスバー８０，８００によって一端又は両端で接続されてもよい。接続バスバー８０，８００は、１つの整流アームだけに固有である点がコレクタ・バスバーと異なる。更に、接続バスバー８０，８００は、コレクタ・バスバー１０，１００と違って、別の位相からの電流を通さず、また整流アームが接続されたもの以外の交流端子を介して通さない。部品バスバー９Ａ，９Ｂは、別個である。
【００８１】
接続バスバー８０，８００はそれぞれ、単一導体８１，８２によって単一のコレクタ・バスバー１０，１００に接続される。２つの接続バスバー８０、８００がある場合、接続バスバー８０、８００は、２つの異なるコレクタ・バスバー１０，１００に接続され、コレクタ・バスバー１０，１００自体は、相互に接続されるとともに、直流端子に接続される。いずれの場合も、各コレクタ・バスバー１０，１００は、接続された接続バスバー８０，８００から離間される。この空間は、互いから離れるように移動して交差して配置された導体８１，８２の存在により生じる。コレクタ・バスバー１０，１００と接続バスバー８０，８００は、実質的に並列である。導体８１，８２は、コレクタ・バスバー及び接続する接続バスバーと実質的に並列である。空間的な利点は、良好な小型化を実現できることである。導体８１，８２は、空間バスバーと呼ばれる導体バスバーの形態をとってもよい。
【００８２】
図１０Ｂに示されたように、部品バスバー９Ａ，９Ｂは、同一平面Ｐ１内に延びる。コレクタ・バスバー１０及び関連導体８１は、別の同じ平面Ｐ２内に延び、両方の平面Ｐ１，Ｐ２は、実質的に垂直である。図１０Ｂは、部分図であり、単にコレクタ・バスバー１００、導体８２及び接続バスバー８００を示す。他のコレクタ・バスバー１０、他の接続バスバー８０、及び導体８１は、図を複雑にしないように省略される。同じ目的で、図１０Ｂは、各部品セットの全ての部品ではなく一部分だけを示す。
【００８３】
固定された接続バスバー８０，８００の実質的に中央に導体８１，８２があることが好ましい。
【００８４】
図１０Ａ、図１０Ｂに開示されたように配置された離間した接続バスバー、離間したバスバー及びコレクタ・バスバーがあるため、磁界は、例えば部品バスバーがコレクタ・バスバーに直接接続された図７の構成ほど強くない。その結果、一方向部品に流れる電流が少なくなり、同じ部品バスバーに接続された一方向部品の平衡状態が改善される。接続バスバーの実質的に中心領域における磁界は、局所的に弱く、これは、接続バスバー内の異極性の電流によるものである。
【００８５】
この実施形態は、所定の交流端子から直流端子に達する電流が、部品バスバー９Ａ，９Ｂに流れる電流に関わらず、コレクタ・バスバー１０，１００によって生じる同じインピーダンスを通ることを可能にする。他の実施形態では、直流端子が、部品バスバー９Ａ，９Ｂの右側にあるか左側にある場合は、部品バスバー９Ａのうちの１つが、他の部品バスバー９Ｂより直流端子に近い（図７を参照）。図１０Ａと図１０Ｂに示された実施形態では、電流が、部品バスバー９Ａのうちの１つに接続された一方向部品５を介して到達するか、別の部品バスバー９Ｂに接続された一方向部品５を介して到達するかに関わらず、電流は、接続バスバー８０，８００によって生じる同じインピーダンスを受け、フレーム８は、コレクタ・バスバー１０，１００と導体８１，８２を含む。
【００８６】
最後に、図１１に示された最終実施形態では、複数のヒューズ・バスバー１１Ａ，１１Ｂは、交流端子に［一方向部品５＋ヒューズ７］機能群を接続することを可能にする。少なくとも部品バスバー９Ａ，９Ｂの数と同じ数のヒューズ・バスバー１１Ａ，１１Ｂがあり、その結果、同じ部品バスバー９Ａ，９Ｂに電気的に接続された一方向部品５は、交流端子に同じヒューズ・バスバー１１Ａ，１１Ｂを介して接続され、またその逆に接続される。分布バスバー２０と呼ばれる導電性バスバーは、交流端子を溶融バスバー９Ａ，９Ｂに接続する。この実施形態は、前方／後方不均衡を回避することを可能にする。
【００８７】
電気接続と呼ばれる電気接続セットは、ヒューズ・バスバーをヒューズに接続し、上記ヒューズを一方向部品に接続し、上記一方向部品を部品バスバーに接続する。この電気接続は、機能群の接続抵抗を定義する。
【００８８】
複合部品バスバー９Ａ，９Ｂの存在は、一方向部品５を複数の部品セットに分離する。前述のように、図７を参照すると、部品バスバー９Ａ，９Ｂの存在は、部品セット７１，７２を構成する（図７参照）。更に、各部品セットにおいて、図６に示されたように、２群の一方向部品５、即ち、部品バスバー９Ａ，９Ｂの一方の側に接続された第１群の一方向部品５と、部品バスバー９Ａ，９Ｂの反対側に接続された第２群の一方向部品５とを定義することができる。これらの群は、バスバー・セットと呼ばれる。
【００８９】
一般的に言うと、電気接続は、同じ部品セット内（それぞれ同じバスバー・セット内）で実質的に同じ抵抗を有する。しかしながら、構造上の理由で、電気接続は、部品セット（それぞれバスバー・セット）ごとに異なることが起こり得る。これにより、電流が所定の部品セット（それぞれバスバー・セット）を通るか、又は別の所定の部品セット（それぞれバスバー・セット）を通るかにより、交流端子と部品バスバーとの間の接続抵抗が変化する。
【００９０】
したがって、１つの部品セット（それぞれバスバー・セット）の電気接続が、別の部品セット（それぞれバスバー・セット）と異なる接続抵抗を有する場合には、前後の不均衡が生じる。
【００９１】
図１１では、各ヒューズ・バスバー１１Ａ，１１Ｂが、部品バスバー９Ａ，９Ｂの全ての機能群に接続されることは明らかであるが、簡略化するため、図では接続が最も外側のヒューズでのみ示されている。
【００９２】
図１１に示された実施形態は、別の群と異なる接続抵抗となりやすい部品セットごとにできるかぎり１つのヒューズ・バスバー１１Ａ，１１Ｂを提供する。部品バスバーごとに１つのヒューズ・バスバーを提供することによって、電気接続が小さくなり、したがって、様々な接続抵抗を形成するリスクが低くなる。構造上の理由で、バスバー・セットが異なる接続抵抗を有する場合は、図１１に示された実施形態が一般化されてもよい。その場合、各部品バスバー９Ａ，９Ｂに１つの接続バスバー１１Ａ，１１Ｂを提供する代わりに、バスバーごとに接続バスバー１１Ａ，１１Ｂを提供しなければならない。
【００９３】
最後に、図１２に示されたように、本発明の原理を使用して３つ以上の部品バスバーを提供することができる。この図は、３つの部品バスバー９Ａ，９Ｂ，９Ｃを表わす。
【００９４】
本発明は、１２相変換器整流器と呼ばれる２つの三相グレーツ・ブリッジを有する変換器整流器によって示された。本発明は、整流アーム内の一方向部品の配列に関し、本発明が、所定の実施例をｎ個の三相グレーツ・ブリッジ（ｎが１以上）を有する変換器整流器にも適用する場合にも単相グレーツ・ブリッジに適用する場合にも等しく関連することは明らかである。
【符号の説明】
【００９５】
５  一方向部品
９Ａ，９Ｂ  部品バスバー
７１，７２  部品セット
８０，８００  接続バスバー
８１，８２  導体
１０，１００  コレクタ・バスバー
Ｕ１＋，Ｕ１−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２＋，Ｗ２−  整流アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005972273.tif 000008
【図８】
0005972273.tif 000009
【図９Ａ】
0005972273.tif 000010
【図９Ｂ】
0005972273.tif 000011
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
0005972273.tif 000013
【図１１】
0005972273.tif 000014
【図１２】
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