JP2005224039A

JP2005224039A - 電源装置

Info

Publication number: JP2005224039A
Application number: JP2004030334A
Authority: JP
Inventors: Shiro Maeda; 志朗前田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】３相交流電源を直流出力に変換する電源装置において、簡単な構成で電源高調波を抑制すること。
【解決手段】３相交流電源１と、３相交流電源１からの交流を全波整流する６個のダイオード２〜７で形成されたブリッジ整流回路８と、ブリッジ整流回路８の直流出力端に接続された平滑コンデンサ１８と、３相交流電源１とブリッジ整流回路８の交流入力端との間に接続されたリアクタ９〜１１と、コンデンサ１２〜１７を備え、直列に接続された２個のコンデンサの両端をブリッジ整流回路８の直流出力端に接続し、前記２個のコンデンサの中点をブリッジ整流回路８の交流入力端に接続することにより、コンデンサ１２〜１７の充放電電流が流れるため、各相電流が概正弦波状となり、高調波を抑制できることとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は３相交流を直流に変換する電源装置に係り、特に電源高調波の抑制を考慮した電源装置に関するものである。

従来、この種の電源装置として、３相交流電源とブリッジ整流回路との間に接続されたリアクタと、ブリッジ整流回路の出力端子間に互いに直列接続された１対のコンデンサと、前記リアクタと１対のコンデンサの中点との間を短絡すべく設けられたスイッチング手段を含むものが考案されている（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来の電源装置を示すものである。図８に示すように、
３相交流電源１とブリッジ整流回路８との間に接続されたリアクタ９〜１１と、ブリッジ整流回路８の出力端子間に互いに直列接続された１対のコンデンサ２６、２７と、前記リアクタ９〜１１と１対のコンデンサ２６、２７の中点との間を短絡すべく設けられたスイッチング手段２１〜２３、交流電源のゼロクロスを検出し、それに基づき前記スイッチング手段２１〜２３を開閉する駆動回路３１とから構成されている。
特開２００３−１７４７７９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、スイッチング手段２１〜２３の開閉を制御する駆動信号の生成方法が複雑であると同時に、前記スイッチング手段２１〜２３は双方向通電可能な半導体スイッチで構成する必要があり、装置が大掛かりになるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で電源高調波を抑制できる３相整流電源装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、６個のコンデンサによるコンデンサ対を３対設け、それらの中点とブリッジ整流回路の交流入力端を直接接続したものである。

これによって、スイッチング素子およびその複雑な制御を用いることなく電源高調波を抑制できることとなる。

また、本発明の電源装置は、前記コンデンサ対の中点とブリッジ整流回路の交流入力端との間に開閉手段を設けるたものである。これによって、出力電圧が所定値を超えた場合に前記開閉手段を遮断し、出力電圧の過昇を防止できることとなる。

本発明の電源装置は、簡単な構成で電源高調波を抑制しながら３相交流を整流することができる。

第１の発明は、３相交流電源と、前記３相交流電源からの交流を全波整流する６個のダ
イオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電源装置であって、前記３相交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、直列に接続された２個のコンデンサの両端が前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続され、前記２個のコンデンサの中点が前記ブリッジ整流回路の交流入力端に接続された３対のコンデンサ群を備えたことにより、各相電流が正弦波状となり、電源高調波を抑制することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の平滑コンデンサを通常の３相全波整流回路において必要とされる平滑コンデンサ容量の約１／４に設定することにより、十分な出力電圧の平滑作用を得ながら装置の小型化、コストダウンが可能となる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の３対のコンデンサ群のそれぞれ２個のコンデンサの中点とブリッジ整流回路の交流入力端とを開閉手段を介して接続することにより、出力電圧が所定値を超えた場合に前記開閉手段を遮断し、出力電圧の過昇を防止することができる。

第４の発明は、特に、第１または第２の発明の３対のコンデンサ群の両端をそれぞれ短絡し、開閉手段を介して前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続することにより、少ない開閉手段で出力電圧の過昇を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電源装置の構成図を示すものである。

図１において、ブリッジ整流回路８はダイオード２〜７により構成され、３相交流を直流に整流する。３相交流電源１はリアクタ９〜１１を介して前記ブリッジ整流回路８の交流入力端に接続されている。２個ずつ直列に接続されたコンデンサ１２〜１７は、その両端が前記ブリッジ整流回路８の直流出力端に、またその中点が交流入力端に接続されている。そして、ブリッジ整流回路８の直流出力端には平滑コンデンサ１８および負荷１９が接続されている。

図２は本実施の形態１において、３相交流電源の相電圧が２２０Ｖ、リアクタを２０ｍＨ、コンデンサを３０μＦ、平滑コンデンサを４０μＦとし、３相出力を約１０ｋＷとした場合のＵ相電流（Ｉｕ）、Ｕ相電圧（Ｖｕ）、出力電圧（Ｖｄｃ）の波形図である。また、図３は前記Ｕ相電流の高調波成分を示す波形図で、ＩＥＣの高調波規制（ＣＬＡＳＳ
Ａ）の規制値２０以下に高調波が抑制されていることがわかる。また、この時の力率は約９５％と高い値を維持している。

以下その動作、作用について図４を用いて説明する。図４ではＵ相電流（Ｉｕ）の１周期をＵ相に関連する線間電圧の変化に応じて６つのモードに分解し、それぞれのモードでのコンデンサ１２〜１７の充放電状態、ダイオード２〜７の導通状態を示している。図４の動作表において、コンデンサ１２〜１７の０はそれぞれのコンデンサ電圧が概略０Ｖに維持されていることを意味し、Ｈはそれぞれのコンデンサ電圧が概略直流出力電圧に維持されていることを意味する。

モード１ではＵ相に関わる線間電圧はＶu-w（Ｕが高電位）である。また、モード１の開始時点でのＵ相に接続されたコンデンサ１２の電圧はＨ（概略直流出力電圧）、コンデンサ１３の電圧は概略０となっている（モード６参照）。Ｖu-wの上昇に伴ない３相交流
電源１−リアクタ９−コンデンサ１２−平滑コンデンサ１８−ダイオード７−リアクタ１１のループでコンデンサ１２の電荷は平滑コンデンサ１８に放電される。また同時に３相交流電源１−リアクタ９−コンデンサ１３−ダイオード７−リアクタ１１のループでコンデンサ１３が充電される。これらの合成電流が図４のモード１におけるＵ相電流となる。

同様にモード２ではＵ相に関わる線間電圧はＶu-w（Ｕが高電位）とＶu-v（Ｕが高電位）である。ここではモード１で流れていた電流が３相交流電源１−リアクタ９−ダイオード２−平滑コンデンサ１８−ダイオード７−リアクタ１１のループで環流すると同時に、Ｖ相に接続されたコンデンサ１４は、３相交流電源１−リアクタ９−ダイオード２−コンデンサ１４−リアクタ１０のループで充電され、コンデンサ１５は、３相交流電源１−リアクタ９−ダイオード２−平滑コンデンサ１８−コンデンサ１５−リアクタ１０のループで放電される。これらの合成電流がＵ相電流となる。

モード３ではＵ相に関わる線間電圧はＶu-v（Ｕが高電位）である。ここではモード２で流れていた電流が３相交流電源１−リアクタ９−ダイオード２−平滑コンデンサ１８−ダイオード５−リアクタ１０のループで環流し、Ｕ相電流を形成する。以上でＵ相電流の半周期が構成されるが、次の半周期も同様に図４に示す動作となる。

以上のように、本実施の形態においては、２個の直列コンデンサの両端をブリッジ整流回路の直流出力端に接続し、その中点をブリッジ整流回路の交流入力端に接続することにより、相電流は概正弦波状となり、電源高調波を抑制することができる。

また、本実施の形態では平滑コンデンサの静電容量を４０μＦとしたが、この容量で１０ｋＷ入力時の出力電圧リップル率は約５％に収まっている。通常、実用的な３相全波整流回路はコスト、サイズの観点から入力力率を改善するためのリアクタを図５のように直流側に１個挿入する場合が多く、そのリアクタンスは６ｍＨ程度に設定される。このような回路では１０ｋＷ入力時に出力電圧リップルを５％に抑制するためには約１５０μＦの平滑コンデンサ１８を必要とする。従がって本実施の形態では平滑コンデンサ１８を通常の約１／４にまで低減することができ、コストとサイズを抑制することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態の電源装置の構成図である。図６において図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図６においてブリッジ整流回路８の交流入力端とコンデンサ１２〜１７の中点はスイッチ２１〜２３を介して接続されている。

本発明の実施の形態２の回路方式はコンデンサ１２〜１７に充電された電荷が平滑コンデンサ１８に放電されるモードを有するため、いわゆる昇圧動作をすることとなる。従がって、負荷が軽くなると出力電圧が上昇するが、想定以上に負荷が軽くなった場合には出力電圧が上がりすぎる場合がある。その防止策として、出力電圧を検出し、所定値以上になった場合に前記スイッチ２１〜２３を遮断することにより、コンデンサ１２〜１７への充電が停止され、出力電圧の上昇を抑えることができる。

（実施の形態３）
図７は本発明の第３の実施の形態の電源装置の構成図である。図７において図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図７においてコンデンサ１２〜１７の両端はそれぞれ短絡され、スイッチ２４、２５を介してブリッジ整流回路８の直流出力端に接続されている。以上の構成により、２個のスイッチで実施の形態２と同様の作用効果が得られ、コストダウンと装置の小型化が可能となる。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、入力電流の高調波抑制が可能となるので、エアコン等の比較的消費電力の大きい機器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電源装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態１における相電流、相電圧、出力電圧の波形図本発明の実施の形態１における電源高調波とＩＥＣ規制値を示す波形図本発明の実施の形態１における電源装置の動作説明図従来の一般的な３相全波整流回路を示す回路図本発明の実施の形態２における電源装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態３における電源装置の構成を示すブロック図従来の電源装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１３相交流電源
２〜７ダイオード
８ブリッジ整流回路
９〜１１リアクタ
１２〜１７コンデンサ
１８平滑コンデンサ
１９負荷
２０高調波ＩＥＣ（ＣＬＡＳＳＡ）規制値
２１〜２５スイッチ
２６〜２７コンデンサ

Claims

３相交流電源と、前記３相交流電源からの交流を全波整流する６個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電源装置であって、前記３相交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、直列に接続された２個のコンデンサの両端が前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続され、前記２個のコンデンサの中点が前記ブリッジ整流回路の交流入力端に接続された３対のコンデンサ群を備えたことを特徴とする電源装置。
平滑コンデンサの静電容量を、通常の３相全波整流回路において必要とされる平滑コンデンサ容量の約１／４に設定した請求項１に記載の電源装置。
３対のコンデンサ群のそれぞれ２個のコンデンサの中点とブリッジ整流回路の交流入力端とを開閉手段を介して接続した請求項１または２に記載の電源装置。
３対のコンデンサ群の両端をそれぞれ短絡し、開閉手段を介してブリッジ整流回路の直流出力端に接続した請求項１または２に記載の電源装置。