JP2005204429A - 高周波抑制制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源側の電流ピークと高調波電流を大幅に低減するとともに、直流電圧を安定化し、かつ装置を過電圧状態から保護する。
【解決手段】三相交流電源１に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路３とこの三相ブリッジ整流回路の整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサ５との間に接続され任意の電圧波形を発生することが可能な電圧源９と、整流電圧のリップルを補償するように電圧源を制御する制御回路１０と、電圧源が過電圧状態になった場合に制御回路からの信号により三相交流電源から三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する遮断回路８とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は三相交流電源を整流して平滑コンデンサで平滑する三相整流平滑回路に組込まれ、ピーク電流と高調波電流を抑制する高調波抑制制御装置に関する。

従来の高調波抑制装置としては、直流リアクトル鉄心に巻線を巻いただけの単純な直流リアクトル（ＤＣＬ）が実用に供されている。

図１５に高調波抑制装置として直流リアクトル（ＤＣＬ）を用いた整流平滑回路の構成を示す。三相交流電源１から供給された三相交流電圧は系統インダクタンス２を介して三相ブリッジ整流回路３へ入力される。三相ブリッジ整流回路３は入力された三相交流電圧を整流して、直流リアクトル（ＤＣＬ）４、平滑コンデンサ５を介して負荷６へ供給する。

したがって、三相ブリッジ整流回路３と直流リアクトル（ＤＣＬ）４と平滑コンデンサ５とからなる整流平滑回路は、三相交流電源１が発生する三相交流電圧を整流・平滑し、負荷６に対して直流電力として供給する。

三相ブリッジ整流回路３は、三相交流電源１から供給された三相交流電圧を整流し、電源周波数ｆの６倍の周波数のリップルを含む三相全波整流電圧Ｖrecを直流側に出力する。この時の、平滑コンデンサ５に印加される平滑コンデンサ電圧Ｖcの波形を図１６（ａ）に示し、直流リアクトル（ＤＣＬ）４に流れる直流電流Ｉdcの波形を図１６（ｂ）に示示す。

また、図１７（ａ）に系統インダクタンス２が４０［μＨ］時の三相交流電源１から供給された交流電流の交流電流波形を示す。図１７（ｂ）にこの交流電流波形をフーリエ解析した結果を示す。交流電流Ｉuのピーク値は７３．１［Ａ］であり、全調波歪ＴＨＤは８４．６［％］である。また、この時の平滑コンデンサ５の平滑コンデンサ電圧Ｖc（直流電圧）は、図１８に示すように、２６９．３±１０．０［Ｖ］であり、±３．９［％］の変動を示している。

一方、図１９（ａ）に系統インダクタンス２が２００［μＨ］時の三相交流電源１から供給された交流電流の交流電流波形を示す。図１９（ｂ）にこの交流電流波形をフーリエ解析した結果を示す。交流電流Ｉuのピーク値は５３．６［Ａ］であり、全調波歪ＴＨＤは５３．６［％］である。また、この時の平滑コンデンサ５の平滑コンデンサ電圧Ｖc（直流電圧）は、図２０に示すように、２６４．４±５．８［Ｖ］であり、±２．２［％］の変動を示している。

このように、直流リアクトル（ＤＣＬ）４のみを採用した従来の高調波抑制装置においては、この直流リアクトル（ＤＣＬ）４を通過する電流Ｉdcがすべて直流リアクトル（ＤＣＬ）４の鉄心の励磁電流となるため、磁気飽和しやすく、これを避けるために鉄心断面積を大きく作る必要があった。しかし、鉄心断面積を大きくすると装置が大型化し、コストアップを招くことになり、一般には、十分な大きさの断面積を有した鉄心を採用することはない。

また、鉄心断面積を制限すると電流波形の波高値付近で鉄心が磁気飽和してしまい、電流ピークを十分抑制できなくなる。
また、磁気飽和が発生すると電流平滑作用が損なわれ電源高調波を十分に低減できなくなる。
さらに、直流リアクトル（ＤＣＬ）４のみを採用した従来の高調波抑制装置においては、制御機能が全く無いため、交流側の高調波電流が多く残存し、図１９（ａ）に示すように、全調波歪ＴＨＤも５４［％］程度までしか改善されていなかった。

さらに、直流リアクトル（ＤＣＬ）４のインダクタンス値を単に大きくするだけであると、入力電流の過渡的な変化が遅くなり、負荷急変に伴い入力電流が急変しないため、平滑コンデンサ５の端子間電圧が大きく変動してしまい直流リンク電圧の安定性が損なわれる。

なお、交流側の高調波電流を抑制するだけであれば、特許文献１に記載されたように、スイッチング素子による制御機能を有する三相整流装置を適用すればよいが、スイッチング素子のコストが高いため装置のコストがアップしてしまう。

また直流リンク部に直接チョッパを挿入する方法によってもピーク電流や高調波は抑制することができるが、しかし、スイッチング素子に主電流が流れるため、スイッチング素子の電流容量を高くすることが必要となり、スイッチング素子での電力損失が大きくなる。

また、直流リアクトルに補助巻線を設け、この補助巻線に直流リップルを補償するように電圧を印加する手法も特許文献２に提唱されている。しかし、この直流リアクトルの補助巻線に電圧を印加する手法においても、過大な直流リップル発生した場合における保護対策が講じていない。
特開平９−１８２４４１号公報 特開２００２―２７２１１３号公報

このように、従来の直流リアクトルを採用した高調波抑制装置においては、電流ピークの抑制、高周波電流の低減、出力される直流電圧の安定性、過大リップル発生に対する装置の安全性にまだ改良の余地があった。

本発明はこの事情に鑑みてなされたものであり、従来の直流リアクトルが組込まれた高調波抑制装置に比較して、交流電源側の電流ピークと高調波電流を大幅に低減するとともに、出力される直流電圧を安定化し、かつ装置を過電圧状態から保護する高調波抑制制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の高調波抑制制御装置は、三相交流電源に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路とこの三相ブリッジ整流回路の整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサとの間に接続され任意の電圧波形を発生することが可能な電圧源と、整流電圧のリップルを補償するように電圧源を制御する制御回路と、電圧源が過電圧状態になった場合に制御回路からの信号により三相交流電源から三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する遮断回路とを備えている。

このように構成された高調波抑制制御装置においては、電圧源は任意の電圧を発生することが可能である。そして、制御回路は、三相ブリッジ整流回路から直流側へ出力される整流電圧の直流リップルを補償する補償電圧指令信号を生成し電圧源に出力する。これにより電圧源は直流リップルを打消す波形の電圧を出力するので、平滑コンデンサ側へ供給される整流電圧（直流電圧）に含まれる直流リップルが抑制される。

また、制御回路は電圧源が発生する電圧がしきい値を超えて過電圧状態になった場合、遮断回路に対して遮断信号を出力する。遮断回路は遮断信号を受信すると、三相交流電源から三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する。よって、高調波抑制制御装置が過電圧状態から保護される。

また、別の発明の高調波抑制制御装置においては、三相交流電源に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路とこの三相ブリッジ整流回路の整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサとの間に接続され、コンデンサと複数のスイッチング素子から構成され整流電圧のリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、この単相ブリッジ回路のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去する、小型リアクトルとフィルタコンデンサとで構成されたＬＣフィルタ回路と、ＰＷＭスイッチングにより発生する高周波を低減する減衰抵抗と、三相交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、三相ブリッジ整流回路から出力される直流電流を検出する電流検出器と、検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検出値から算出したリップル補償量に基づきＰＷＭ制御を行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力する制御回路と、この制御回路から出力されたスイッチング指令信号に基づき前記単相ブリッジ回路の各スイッチング素子をオン・オフ制御するゲート信号を出力するゲート駆動回路と、単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧がしきい値を超えた場合に通電することによりコンデンサを過電圧状態から保護する過電圧保護回路と、検出された単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧がしきい値を超えた場合に制御回路からの遮断信号により三相交流電源から前記三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する遮断回路とを備えている。

このように構成された高調波抑制制御装置においては、コンデンサと複数のスイッチング素子から構成され整流電圧のリップルを抑制する単相ブリッジ回路が組込まれている。さらに、この単相ブリッジ回路のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去する、小型リアクトルとフィルタコンデンサとで構成されたＬＣフィルタ回路と、ＰＷＭスイッチングにより発生する高周波を低減する減衰抵抗とが組込まれている。

したがって、先の発明の高調波抑制制御装置と同様に、三相ブリッジ整流回路から単相ブリッジ回路を介して平滑コンデンサ側へ供給される整流電圧（直流電圧）に含まれる直流リップルが抑制される。

さらに、単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧がしきい値を超えた場合に三相交流電源から三相ブリッジ整流回路へ供給される電流が遮断されるので、高調波抑制制御装置が過電圧状態から保護される。

また、別の発明は、上述した発明の高調波抑制制御装置において、制御回路は、電流検出器で検出された直流電流が予め定められた過電流しきい値を超えると、過電流制御信号を出力する過電流判定回路と、ＰＷＭ制御の出力である各スイッチング指令信号の信号路に介挿され、過電流判定回路から出力された過電流制御信号に応じて、単相ブリッジ回路の両下アームの各スイッチング素子を常時オン（又はオフ）とし両上アームの各スイッチング素子を常時オフ（又はオン）に制御することにより単相ブリッジ回路の過電流保護を行う複数の論理ゲートとを備えている。

このように構成された高調波抑制制御装置においては、三相交流電源の系統の瞬停、再投入時に突入過電流が発生する場合のような過渡状態においても、高調波抑制制御装置を保護することができるので、この高調波抑制制御装置が組込まれたシステム全体の信頼性を改善することができる。

また、別の発明は、上述した発明の高調波抑制制御装置において、単相ブリッジ回路における過電流保護を行う両下アーム又は両上アームは、互いに並列接続された複数のスイッチング素子により構成されている。

このように構成された高調波抑制制御装置においては、単相ブリッジ回路を電流容量の小さい複数のスイッチング素子を組合せることにて構成でき、低コストでありながら、信頼性の高い高調波抑制制御装置を得ることが可能となる。

また、別の発明は、上述した発明の高調波抑制制御装置において、平滑コンデンサに直列に接続され、スイッチング素子と抵抗とが並列接続された過電流抑制回路と、平滑コンデンサに流入する電流を検出する電流検出器と、正常時は過電流抑制回路のスイッチング素子を常時オン状態にしておき、平滑コンデンサに流入する電流を検出する電流検出器が過電流を検出した異常時に過電流抑制回路のスイッチング素子をオフすることにより平滑コンデンサの過電流を抑制する過電流抑制制御部と備えている。

このように構成された高調波抑制制御装置においては、平滑コンデンサに流れる電流が過電流しきい値より大きい場合は、過電流抑制回路がオフして、平滑コンデンサに流れる電流が自動的に抑制されるので、平滑コンデンサを過電流から保護できる。

また、別の発明の高調波抑制制御装置は、上述した発明の高調波抑制制御装置における、単相ブリッジ回路のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去するためのＬＣフィルタ回路と、減衰抵抗とが除去されている。
このように構成された高調波抑制制御装置においても、高調波を十分抑制すことが可能であるので、高調波抑制制御装置を容易に構成することができる。

また、別の発明の高調波抑制制御装置は、上述した発明の高調波抑制制御装置における、単相ブリッジ回路のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去するためのＬＣフィルタ回路におけるフィルタコンデンサと、減衰抵抗とが除去されている。
このように構成された高調波抑制制御装置においても、高調波を十分抑制すことが可能であるので、高調波抑制制御装置を容易に構成することができる。

また、別の発明の高調波抑制制御装置は、上述した発明の高調波抑制制御装置における、単相ブリッジ回路におけるＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去するための減衰抵抗が除去されている。
このように構成された高調波抑制制御装置においても、高調波を十分抑制すことが可能であるので、高調波抑制制御装置を容易に構成することができる。

本発明の高調波抑制制御装置によれば、三相ブリッジ整流回路の整流電圧のリップルを補償する電圧源又は単相ブリッジ回路と、電圧源又は単相ブリッジ回路が過電圧状態になったとき、供給されている三相交流を遮断する遮断回路を設けている。

したがって、従来の直流リアクトルが組込まれた高調波抑制装置に比較して、交流電源側の電流ピークと高調波電流を大幅に低減するとともに、直流電圧を安定化でき、かつ、過大リップル発生に対する装置の安全性を大幅に向上できる。

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図である。図１５に示す従来の高調波抑制装置が組込まれた整流平滑回路と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明を週略する。

三相交流電源１から供給された三相交流電圧は系統インダクタンス２及び高調波抑制制御装置７の遮断回路８を介して三相ブリッジ整流回路３へ入力される。三相ブリッジ整流回路３は入力された三相交流電圧を整流して、高調波抑制制御装置７の電圧源９、平滑コンデンサ５を介して負荷６へ供給する。そして、高調波抑制制御装置７は、電圧源９、制御回路１０、及び遮断回路８で構成されている。

電圧源９は任意の電圧を発生することが可能である。制御回路１０は、三相ブリッジ整流回路３から直流側へ出力される整流電圧の直流リップルを補償する補償電圧指令信号を生成し電圧源９に出力する。これにより電圧源９は直流リップルを打消す波形の電圧を出力するので、平滑コンデンサ５側へ供給される整流電圧（直流電圧）に含まれる直流リップルが抑制される。これにより平滑コンデンサ５の容量を低く選ぶことが可能となり、システムの小型・低価格化が可能となる。

また制御回路１０は電圧源９が発生する電圧がしきい値を超えて過電圧状態になった場合、遮断回路８に対して遮断信号を出力する。遮断回路８は遮断信号を受信すると、三相交流電源１から三相ブリッジ整流回路３へ供給される電流を遮断する。よって、高調波抑制制御装置７が過電圧状態から保護される。

（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図である。図１に示す第１実施形態の高調波抑制制御装置７が組込まれた整流平滑回路と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明を週略する。

この第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａは、三相交流電源１に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流器３と整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサ５との間に接続されている。高調波抑制制御装置７ａの主回路は、単相ブリッジ回路１１と、この単相ブリッジ回路１１のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去するためのＬＣフィルタ回路１５と、同じく高調波を除去するための減衰抵抗１２と、系統インダクタンス２と三相ブリッジ整流器３の間に接続された遮断回路８とから構成される。

単相ブリッジ回路１１は、コンデンサ１６と、このコンデンサ１６に並列接続されブリッジを構成する４個のスイッチング素子１７と、コンデンサ１６に並列接続された過電圧保護回路１８とで構成される。ＬＣフィルタ回路１５は、単相ブリッジ回路１１に並列に接続された小型リアクトル１３とフィルタコンデンサ１４とで構成されている。

一方の電圧検出器１９は三相交流電源１の交流電圧の線間電圧を検出して制御回路１０ａへ出力する。他方の電圧検出器２０は単相ブリッジ回路１１のコンデンサ１６のコンデンサ電圧を検出して制御回路１０ａへ出力する。電流検出器２１は小型リアクトル１３に流れ込む電流を検出して制御回路１０ａへ出力する。

過電圧保護回路１８は、コンデンサ１６の電圧がしきい値を超えた場合に通電することにより、コンデンサ１６及び単相ブリッジ回路１１を過電圧状態から保護する。

制御回路１０ａは、検出したコンデンサ電圧がしきい値を超えた場合は遮断回路８に対して遮断信号を出力し、三相交流電源１から三相ブリッジ整流回路３へ供給される電流を遮断する。また、制御回路１０ａは、ゲート駆動回路２２を介して単相ブリッジ回路１１の各スイッチング素子１７をオン・オフ制御する。

さらに、三相ブリッジ整流器３と小型リアクトル１３との間に、初期充電回路２３が介挿されている。

図３は制御回路１０ａの詳細構成図である。
この制御回路１０ａは、図示するように、リップル補償パタン発生部２４と、電流制御部２５と、コンデンサ電圧制御部２６と、ＰＷＭ制御部２７とで構成される。

リップル補償パタン発生部２４は、直流電圧指令値Ｖｃ^*と電圧検出器１９から入力した系統の線間電圧信号から、演算により算出された直流電圧演算値Ｅ_PNを減算し、偏差量を算出する。そして、リップル補償パタン発生部２４は、この偏差量に直流電圧制御ゲインＧ1を乗算することによりリップル補償パタンを生成する。

電流制御部２５は、直流電流指令値ＩＬ^*から電流検出器２１から入力した直流電流検出値ＩＬを減算し、ハイパスフィルタにより高調波成分の補償量を算出し、これに比例ゲインＧ2を乗算することにより、高調波電流補償量を生成する。

コンデンサ電圧制御部２６において、コンデンサ電圧指令値Ｖ_CA ^*からコンデンサ電圧検出値Ｖ_CAを減算し偏差量を算出する。比例制御部２８において偏差量に比例ゲインＧ3を乗算する。積分制御部２９は偏差量に積分ゲインＧ4を乗算し積分する。比例制御部２８の出力と積分制御部２９の出力とを加算し、コンデンサ電圧補償量を生成する。

リップル補償パタンと高調波電流補償量とコンデンサ電圧補償量は、互いに加算され、電圧指令信号として、ＰＷＭ制御部２７に対して出力される。

ＰＷＭ制御部２７において、比較部３０は電圧指令信号と電圧指令とキャリヤ信号発生部３１から入力したキャリヤ信号とを比較し、ＰＷＭ指令信号をゲート駆動回路２２に対して出力する。

ゲート駆動回路２２は、制御回路１０ａのＰＷＭ制御部２７から入力したＰＷＭ指令信号に基づき単相ブリッジ回路１１の各スイッチング素子１７（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4）をオン・オフするスイッチング指令信号を生成して各スイッチング素子１７へ出力する。

このように構成された第２実施形態の高周波抑制制御装置の特徴を説明する。
図４（ａ）に系統インダクタンス２が４０［μＨ］の場合における三相交流電源１から供給された交流電流の交流電流波形を示す。図４（ｂ）にこの交流電流波形をフーリエ解析した結果を示す。全調波歪ＴＨＤは３０．３［％］であり、図１７（ａ）に示した従来の直流リアクトル（ＤＣＬ）を適用した場合の１／３以下に低減している。またこの場合の電流ピーク値は、３８．３［Ａ］であり、図１７（ａ）に示した従来のＤＣＬ方式の場合の１／２に抑制されている。

図５はこの場合の平滑コンデンサ５の直流電圧波形である。平滑コンデンサ電圧Ｖc（直流電圧）は０．３［％］の変動を示している。図１８に示す従来のＤＣＬを適用した場合に比較して直流電圧変動を１／１０以下に抑制している。

図６（ａ）に系統インダクタンス２が２００［μＨ］の場合における三相交流電源１から供給された交流電流の交流電流波形を示す。図６（ｂ）にこの交流電流波形をフーリエ解析した結果を示す。全調波歪ＴＨＤは２７．９［％］であり、図１９（ａ）に示す従来のＤＣＬを適用した場合の１／２に低減している。またこの場合の電流ピーク値は、２５．７［Ａ］であり、図１９（ａ）に示す従来のＤＣＬ方式の場合の２／３に抑制されている。

図７はこの場合の平滑コンデンサ５の直流電圧波形である。平滑コンデンサ電圧Ｖc（直流電圧）は０．２［％］の変動を示している。図２０に示した従来のＤＣＬを適用した場合に比較して直流電圧変動を１／１５に抑制している。

（第３実施形態）
図８は本発明の第３実施形態の高調波抑制制御装置に組込まれた制御回路１０ｂの詳細構成図である。図３に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａに組込まれた制御回路１０ａと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。また、高調波抑制制御装置を含む整流平滑回路の全体構成は図３に示す第２実施形態の整流平滑回路とほぼ同じである。

この第３実施形態の高調波抑制制御装置に組込まれた制御回路１０ｂにおいては、過電流判定回路３２と、複数のＡＮＤゲート３３ａ、３３ｂと、複数のＯＲゲート３４ａ、３４ｂとが組込まれている。

過電流保護回路３２には予め設定された過電流しきい値ＩＬＴと電流検出器２１で検出された直流電流検出値ＩＬとが入力される。そして、過電流保護回路３２は、直流電流検出値ＩＬが過電流しきい値ＩＬＴ未満の場合は、各ＡＮＤゲート３３ａ（Ｃ１）、３３ｂ（Ｃ３）にはＨレベルを出力し、各ＯＲゲート３４ａ（Ｃ２）、３４ｂ（Ｃ４）にはＬレベルを出力する。一方、直流電流検出値ＩＬが過電流しきい値ＩＬＴ以上の場合は、各ＡＮＤゲート３３ａ（Ｃ１）、３３ｂ（Ｃ３）にはＬレベルを出力し、各ＯＲゲート３４ａ（Ｃ２）、３４ｂ（Ｃ４）にはＨレベルを出力する。

ＰＷＭ制御部２７の各スイッチング素子１７（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4）への各スイッチング指令信号は、各ＡＮＤゲート３３ａ、３３ｂと各ＯＲゲート３４ａ、３４ｂにより、過電流保護部３２からの各の出力Ｃ１〜Ｃ４と論理演算処理をされる。

過電流状態でない場合は、各論理ゲート３３ａ〜３４ｂは、ＰＷＭ制御部２７の各スイッチング指令信号を各スイッチング素子１７（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4）へ出力する。

一方、過電流状態の場合は、各論理ゲート３３ａ〜３４ｂは、単相ブリッジ回路１１の両方の上アームのスイッチング素子１７（Ｓ1、Ｓ3）をオフし、両方の下アームのスイッチング素子１７（Ｓ2、Ｓ4）をオンする。この結果、過電流時の突入電流は、下アームのみを通電することになり、スイッチング素子１７の電流容量を適切に選択することにより、過電流保護を行うことが可能となる。

この場合、単相ブリッジ回路１１の両方の上アームをオフし、両方の下アームをオンしたが、逆に両方の上アームをオンし、両方の下アームをオフしてもよい。

このように構成された第３実施形態の高調波抑制制御装置においては、定常時は先に説明した第２実施形態の高調波抑制制御装置と同様の効果を得ることができるとともに、三相交流電源１の系統の瞬停、再投入時に突入過電流が発生する場合のような過渡状態においても、高調波抑制制御装置を保護することができるので、この高調波抑制制御装置が組込まれたシステム全体の信頼性を改善することができる。

（第４実施形態）
図９は本発明の第４実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図である。図２に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａが組込まれた整流平滑回路と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明を省略する。

この第４実施形態の高調波抑制制御装置７ｂにおいては、単相ブリッジ回路１１において過電流保護を行う両下アームを、互いに並列接続された複数のスイッチング素子１７、１７ａ（Ｓ４、Ｓ３）により構成している。これにより電流容量の小さい複数のスイッチング素子１７、１７ａを組合せることにより、低コストでありながら、信頼性の高い高調波抑制制御装置７ｂを構成することが可能となる。また過電流の大きさに応じて柔軟に保護システムを構築することが可能となる。

なお、図９においては、単相ブリッジ回路１１の両下アームを互いに並列接続された複数のスイッチング素子１７、１７ａ（Ｓ４、Ｓ３）により構成したが、単相ブリッジ回路１１の両上アームを互いに並列接続された複数のスイッチング素子１７、１７ａ（Ｓ１、Ｓ２）により構成することも可能である。

（第５実施形態）
図１０は本発明の第５実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図である。図２に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａが組込まれた整流平滑回路と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明を省略する。

この第４実施形態の高調波抑制制御装置７ｃにおいては、平滑コンデンサ５に直列に、スイッチング素子と抵抗を並列接続した過電流抑制回路３５が接続されている。さらに、この平滑コンデンサ５に流れる電流ＩＣを検出する電流検出器３６が設けられている。

図１１はこの第５実施形態の高調波抑制制御装置７ｃに組込まれた制御回路１０ｃの詳細構成図である。図３に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａに組込まれた制御回路１０ａと同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

この第５実施形態の高調波抑制制御装置に組込まれた制御回路１０ｃにおいては、過電流抑制制御部３７が組込まれている。この過電流抑制制御部３７は、電流検出器３６で検出された平滑コンデンサ５に流れる電流ＩＣが予め定められた過電流しきい値ＩＣＴよりより小さい場合は、過電流抑制回路３５へ「オン」の過電流抑制信号を送出する。

逆に、過電流抑制制御部３７は、電流検出器３６で検出された平滑コンデンサ５に流れる電流ＩＣが予め定められた過電流しきい値ＩＣＴよりより大きい場合は、過電流抑制回路３５へ「オフ」の過電流抑制信号を送出する。

このように、平滑コンデンサ５に流れる電流ＩＣが過電流しきい値ＩＣＴよりより大きい場合は、過電流抑制回路３５が「オフ」して、平滑コンデンサ５に流れる電流ＩＣが自動的に抑制されるので、平滑コンデンサ５を過電流から保護できる。

（第６実施形態）
図１２は本発明の第６実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図である。図２に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａが組込まれた整流平滑回路と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明を省略する。

この第６実施形態の高調波抑制制御装置７ｄにおいては、図２に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａから、単相ブリッジ回路１１のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去するためのＬＣフィルタ回路１５と、減衰抵抗１２とが除去されている。

このように構成された第６実施形態の高調波抑制制御装置７ｄにおいては、減衰抵抗１２、及びＬＣフィルタ回路１５を構成する小型リアクトル１３とフィルタコンデンサ１４が組込まれていないが、高調波を十分抑制すことが可能であるので、高調波抑制制御装置７ｄを容易に構成することができる。

（第７実施形態）
図１３は本発明の第７実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図である。図２に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａが組込まれた整流平滑回路と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明を省略する。

この第７実施形態の高調波抑制制御装置７ｅにおいては、図２に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａから、単相ブリッジ回路１１のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去するためのＬＣフィルタ回路１５におけるフィルタコンデンサ１４と、減衰抵抗１２とが除去されている。そして、小型リアクトル１３のみが残されている。

このように構成された第７実施形態の高調波抑制制御装置７ｅにおいては、減衰抵抗１２、及びＬＣフィルタ回路１５を構成するフィルタコンデンサ１４が組込まれていないが、高調波を十分抑制すことが可能であるので、高調波抑制制御装置７ｄを容易に構成することができる。

（第８実施形態）
図１４は本発明の第８実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図である。図２に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａが組込まれた整流平滑回路と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明を省略する。

この第８実施形態の高調波抑制制御装置７ｆにおいては、図２に示す第２実施形態の高調波抑制制御装置７ａから、単相ブリッジ回路１１のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去するための減衰抵抗１２が除去されている。そして、小型リアクトル１３とフィルタコンデンサ１４とで構成されたＬＣフィルタ回路１５のみが残されている。

このように構成された第８実施形態の高調波抑制制御装置７ｆにおいては、減衰抵抗１２が組込まれていないが、高調波を十分抑制すことが可能であるので、高調波抑制制御装置７ｆを容易に構成することができる。

本発明の第１実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図 本発明の第２実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図 同第２実施形態の高調波抑制制御装置に組込まれた制御回路の詳細構成図 同第２実施形態の高調波抑制制御装置における系統インダクタンスが４０［μＨ］の場合における三相交流電源から供給された交流電流の交流電流波形及びフーリエ解析波形を示す図 同第２実施形態の高調波抑制制御装置における系統インダクタンスが４０［μＨ］の場合における平滑コンデンサの直流電圧波形を示す図 同第２実施形態の高調波抑制制御装置における系統インダクタンスが２００［μＨ］の場合における三相交流電源から供給された交流電流の交流電流波形及びフーリエ解析波形を示す図 同第２実施形態の高調波抑制制御装置における系統インダクタンスが２００［μＨ］の場合における平滑コンデンサの直流電圧波形を示す図 本発明の第３実施形態の高調波抑制制御装置に組込まれた制御回路の詳細構成図 本発明の第４実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図 本発明の第５実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図 同第５実施形態の高調波抑制制御装置に組込まれた制御回路の詳細構成図 本発明の第６実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図 本発明の第７実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図 本発明の第８実施形態の高調波抑制制御装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図 従来の高調波抑制装置が組込まれた整流平滑回路の概略構成を示す模式図 同従来の高調波抑制装置における直流電圧と直流電流の波形を示す図 同従来の高調波抑制装置における系統インダクタンスが４０［μＨ］の場合における三相交流電源から供給された交流電流の交流電流波形及びフーリエ解析波形を示す図 同従来の高調波抑制装置における系統インダクタンスが４０［μＨ］の場合における平滑コンデンサの直流電圧波形を示す図 同従来の高調波抑制装置における系統インダクタンスが２００［μＨ］の場合における三相交流電源から供給された交流電流の交流電流波形及びフーリエ解析波形を示す図 同従来の高調波抑制装置における系統インダクタンスが２００［μＨ］の場合における平滑コンデンサの直流電圧波形を示す図

符号の説明

１…三相交流電源、２…系統インダクタンス、３…三相ブリッジ整流回路、５…平滑コンデンサ、６…負荷、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ…高調波抑制制御装置、８…遮断回路、９…電圧源、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…制御回路、１１…単相ブリッジ回路、１２…減衰抵抗、１３…小型リアクトル、１４…フィルタコンデンサ、１５…ＬＣフィルタ回路、１６…コンデンサ、１７，１７ａ…スイッチング素子、１８…過電圧保護回路、１９，２０…電圧検出器、２１，３６…電流検出器、２２…ゲート駆動回路、２３…初期充電回路、２４…リップル補償パタン発生部、２５…電流制御部、２６…コンデンサ電圧制御部、２７…ＰＷＭ制御部、３０…比較部、３１…キャリヤ信号発生部、３２…過電流判定回路、３３ａ，３３ｂ…ＡＮＤゲート、３４ａ，３４…ＯＲゲート、３５…過電流抑制回路、３７…過電流抑制制御部

Claims (8)

1. 三相交流電源に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路とこの三相ブリッジ整流回路の整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサとの間に接続され任意の電圧波形を発生することが可能な電圧源と、
   前記整流電圧のリップルを補償するように前記電圧源を制御する制御回路と、
   電圧源が過電圧状態になった場合に制御回路からの信号により前記三相交流電源から前記三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する遮断回路と
   を備えたことを特徴とする高調波抑制制御装置。
2. 三相交流電源に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路とこの三相ブリッジ整流回路の整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサとの間に接続され、コンデンサと複数のスイッチング素子から構成され前記整流電圧のリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、
   この単相ブリッジ回路のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去する、小型リアクトルとフィルタコンデンサとで構成されたＬＣフィルタ回路と、
   前記ＰＷＭスイッチングにより発生する高周波を低減する減衰抵抗と、
   前記三相交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、
   前記単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記三相ブリッジ整流回路から出力される直流電流を検出する電流検出器と、
   検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検出値から算出したリップル補償量に基づきＰＷＭ制御を行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力する制御回路と、
   この制御回路から出力されたスイッチング指令信号に基づき前記単相ブリッジ回路の各スイッチング素子をオン・オフ制御するゲート信号を出力するゲート駆動回路と、
   前記単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧がしきい値を超えた場合に通電することによりコンデンサを過電圧状態から保護する過電圧保護回路と、
   前記検出された単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧がしきい値を超えた場合に前記制御回路からの遮断信号により前記三相交流電源から前記三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する遮断回路と
   を備えたことを特徴とする高調波抑制制御装置。
3. 前記制御回路は、
   前記電流検出器で検出された直流電流が予め定められた過電流しきい値を超えると、過電流制御信号を出力する過電流判定回路と、
   前記ＰＷＭ制御の出力である各スイッチング指令信号の信号路に介挿され、前記過電流判定回路から出力された過電流制御信号に応じて、前記単相ブリッジ回路の両下アームの各スイッチング素子を常時オン（又はオフ）とし両上アームの各スイッチング素子を常時オフ（又はオン）に制御することにより前記単相ブリッジ回路の過電流保護を行う複数の論理ゲートと
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の高調波抑制制御装置。
4. 前記単相ブリッジ回路における過電流保護を行う両下アーム又は両上アームは、互いに並列接続された複数のスイッチング素子により構成されていることを特徴とする請求項２記載の高調波抑制制御装置。
5. 前記平滑コンデンサに直列に接続され、スイッチング素子と抵抗とが並列接続された過電流抑制回路と、
   前記平滑コンデンサに流入する電流を検出する電流検出器と、
   正常時は前記過電流抑制回路のスイッチング素子を常時オン状態にしておき、前記平滑コンデンサに流入する電流を検出する電流検出器が過電流を検出した異常時に前記過電流抑制回路のスイッチング素子をオフすることにより前記平滑コンデンサの過電流を抑制する過電流抑制制御部と
   備えたことを特徴とする請求項２記載の高調波抑制制御装置。
6. 三相交流電源に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路とこの三相ブリッジ整流回路の整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサとの間に接続され、コンデンサと複数のスイッチング素子から構成され前記整流電圧のリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、
   前記三相交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、
   前記単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記三相ブリッジ整流回路から出力される直流電流を検出する電流検出器と、
   検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検出値から算出したリップル補償量に基づきＰＷＭ制御を行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力する制御回路と、
   この制御回路から出力されたスイッチング指令信号に基づき前記単相ブリッジ回路の各スイッチング素子をオン・オフ制御するゲート信号を出力するゲート駆動回路と、
   前記単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧がしきい値を超えた場合に通電することによりコンデンサを過電圧状態から保護する過電圧保護回路と、
   前記検出された単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧がしきい値を超えた場合に前記制御回路からの遮断信号により前記三相交流電源から前記三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する遮断回路と
   を備えたことを特徴とする高調波抑制制御装置。
7. 三相交流電源に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路とこの三相ブリッジ整流回路の整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサとの間に接続され、コンデンサと複数のスイッチング素子から構成され前記整流電圧のリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、
   この単相ブリッジ回路のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去する小型リアクトルと、
   前記三相交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、
   前記単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記三相ブリッジ整流回路から出力される直流電流を検出する電流検出器と、
   検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検出値から算出したリップル補償量に基づきＰＷＭ制御を行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力する制御回路と、
   この制御回路から出力されたスイッチング指令信号に基づき前記単相ブリッジ回路の各スイッチング素子をオン・オフ制御するゲート信号を出力するゲート駆動回路と、
   前記単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧がしきい値を超えた場合に通電することによりコンデンサを過電圧状態から保護する過電圧保護回路と、
   前記検出された単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧がしきい値を超えた場合に前記制御回路からの遮断信号により前記三相交流電源から前記三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する遮断回路と
   を備えたことを特徴とする高調波抑制制御装置。
8. 三相交流電源に接続され交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路とこの三相ブリッジ整流回路の整流電圧から交流成分を除去する平滑コンデンサとの間に接続され、コンデンサと複数のスイッチング素子から構成され前記整流電圧のリップルを抑制する単相ブリッジ回路と、
   この単相ブリッジ回路のＰＷＭスイッチングにより発生する高調波を除去する、小型リアクトルとフィルタコンデンサとで構成されたＬＣフィルタ回路と、
   前記三相交流電源の線間電圧を検出する電圧検出器と、
   前記単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記三相ブリッジ整流回路から出力される直流電流を検出する電流検出器と、
   検出した交流線間電圧とコンデンサ電圧と直流電流の検出値から算出したリップル補償量に基づきＰＷＭ制御を行いリップルを抑制するスイッチング指令信号を出力する制御回路と、
   この制御回路から出力されたスイッチング指令信号に基づき前記単相ブリッジ回路の各スイッチング素子をオン・オフ制御するゲート信号を出力するゲート駆動回路と、
   前記単相ブリッジ回路のコンデンサの電圧がしきい値を超えた場合に通電することによりコンデンサを過電圧状態から保護する過電圧保護回路と、
   前記検出された単相ブリッジ回路のコンデンサ電圧がしきい値を超えた場合に前記制御回路からの遮断信号により前記三相交流電源から前記三相ブリッジ整流回路へ供給される電流を遮断する遮断回路と
   を備えたことを特徴とする高調波抑制制御装置。

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