JP2005261049A - Polyphase voltage type rectifier - Google Patents
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Description
本発明は、多相交流電圧を直流電圧に変換する多相電圧形整流器において、交流入力電流波形を正弦波に制御可能とした、いわゆる高力率正弦波整流器に関するものである。 The present invention relates to a so-called high power factor sine wave rectifier in which the AC input current waveform can be controlled to a sine wave in a multiphase voltage source rectifier that converts a multiphase AC voltage into a DC voltage.
図3は、この種の多相電圧形コンバータの従来技術を示しており、後述する特許文献1に記載されているものである。
図3において、三相交流電源6には高周波フィルタ7を介して交流スイッチ群2が接続され、その出力側には三相ブリッジ構成のダイオード整流器3の各交流入力端子が接続されていると共に、これらの交流入力端子には星形結線されたリアクトル1が接続される。
また、ダイオード整流器3の直流出力端子間には、平滑用コンデンサ4と直流負荷5との並列回路が接続されている。
FIG. 3 shows a prior art of this type of multiphase voltage source converter, which is described in
In FIG. 3, an
A parallel circuit of a
図3において、交流スイッチ群2を構成する3個の双方向性の半導体スイッチS1,S2,S3は、同一のパルスによってリアクトル1の電流が不連続となるように制御される。
3個のスイッチS1〜S3がすべてオンの時は、電源電圧はリアクトル1によって短絡される。このとき、交流スイッチ群2の入力電流(高周波フィルタ7の出力電流)iu1,iv1及びiw1は、電源電圧をVu,Vv,Vw、リアクトル1のインダクタンスをL、スイッチがオンの期間をTonとすると、数式1によって表される。
In FIG. 3, the three bidirectional semiconductor switches S1, S2, S3 constituting the
When all the three switches S1 to S3 are on, the power supply voltage is short-circuited by the
よって、交流スイッチ群2の各相の入力電流は、電源電圧に比例した傾きで増加する。
一方、交流スイッチ群2がオフすると、リアクトル1に蓄えられたエネルギーはダイオード整流器3を通して直流負荷5へ放出される。この時の電流は交流電源6を通過しないため、交流電源6に流れる電流は結局数式1で示されることになり、この電流を高周波フィルタ7により平滑すれば、電源電圧と同期した正弦波状の電流とすることができる。
すなわち、この従来技術では、交流スイッチ群2のオフにより負荷5側に流れる電流が電源6を通過しないため、電源電流は交流スイッチ群2のオン時に流れる電源電圧に比例した電流のみとなり、出力電圧に関係なく入力電流を常に正弦波状に制御することができるものである。
Therefore, the input current of each phase of the
On the other hand, when the
That is, in this prior art, since the current flowing to the
上記特許文献1に記載された従来技術によれば、簡易な回路構成で入力電流を正弦波状にすることが可能であるが、以下の問題がある。
(1)リアクトル1に蓄積されるエネルギーを放出する動作原理から、ダイオード整流器3の出力電圧を昇圧することは可能であるが、降圧することができない。
(2)電源投入時の平滑用コンデンサ4への突入電流を抑制するためには、別途、回路を追加する必要がある。
According to the conventional technique described in
(1) Although it is possible to boost the output voltage of the
(2) In order to suppress the inrush current to the
上記(1)に関して、出力電圧を降圧可能であれば、例えば、ダイオード整流器に直流中間回路を介して接続されたインバータによりモータを駆動する場合において、低速駆動時にダイオード整流器の出力電圧、つまりインバータの直流中間電圧を降圧することができ、これによってインバータのスイッチング素子の損失を低減することが可能である。また、インバータの出力電圧の制御誤差が少なくなり、高性能化を実現することが可能になる。
しかしながら、特許文献1の従来技術では上記降圧動作が不可能である。
また、上記(2)に関して、平滑用コンデンサの突入電流を抑制するための回路を不要にできれば、装置の高機能化や小形化、低価格化が可能になるが、特許文献1の従来技術ではこれらを期待できない。
Regarding the above (1), if the output voltage can be stepped down, for example, when the motor is driven by an inverter connected to the diode rectifier through a DC intermediate circuit, the output voltage of the diode rectifier, that is, the inverter The direct current intermediate voltage can be stepped down, thereby reducing the loss of the switching element of the inverter. Further, the control error of the output voltage of the inverter is reduced, and high performance can be realized.
However, the above-described step-down operation is not possible with the prior art of
Further, regarding (2) above, if a circuit for suppressing the inrush current of the smoothing capacitor can be eliminated, it is possible to increase the functionality, size and cost of the device. I can't expect these.
そこで本発明の解決課題は、交流入力電流波形を正弦波に制御可能とした多相電圧形整流器において、降圧動作を可能にして装置の高性能化を図り、かつ、装置全体の小形化、低価格化を可能にすることにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to improve the performance of the device by enabling a step-down operation in a multiphase voltage source rectifier that can control the AC input current waveform to a sine wave, and to reduce the size and It is to enable pricing.
上記の課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、n相(nは2以上の整数)交流電圧源を電源とし、その交流電圧をダイオード整流器を介して直流電圧に変換すると共に、前記ダイオード整流器の出力側両端に接続された平滑用コンデンサを介して負荷に供給する多相電圧形整流器であって、前記電源と前記ダイオード整流器との間の少なくとも(n−1)相に電源側スイッチをそれぞれ接続してなる交流スイッチ群を設けると共に、前記ダイオード整流器の交流入力側に星形結線されたリアクトルを含む回路を接続し、前記電源側スイッチをオンして前記リアクトルを介し前記電源を短絡した際に前記リアクトルに蓄積されたエネルギーを前記電源側スイッチのオフ時に前記ダイオード整流器を介し負荷に供給することにより、各相入力電流を正弦波状に制御可能とした多相電圧形整流器において、
前記ダイオード整流器の出力側と前記平滑用コンデンサとの間に少なくとも1個の負荷側スイッチを接続し、この負荷側スイッチを前記電源側スイッチとは逆論理でオン、オフするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
At least one load-side switch is connected between the output side of the diode rectifier and the smoothing capacitor, and this load-side switch is turned on and off with the reverse logic of the power-side switch.
また、請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した多相電圧形整流器において、電源の投入時に、電源側スイッチ及び負荷側スイッチのオン、オフを繰り返して平滑用コンデンサを徐々に充電することにより、平滑用コンデンサに流れる突入電流を抑制するものである。
Further, in the invention described in
請求項1に記載した発明によれば、簡単な構成の回路を追加するだけで多相電圧形整流器の降圧動作が可能となり、装置の高性能化を実現することができる。また、請求項2に記載した発明によれば、特別な回路を追加することなく平滑用コンデンサの突入電流を抑制でき、装置の小形、低価格化が可能になる。
総じて本発明によれば、昇降圧動作が可能であって入力電流を正弦波状に制御することができると共に、高力率かつ高性能で小型化、低価格化が可能な多相電圧形整流器を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to perform the step-down operation of the multiphase voltage source rectifier only by adding a circuit having a simple configuration, and it is possible to realize high performance of the apparatus. According to the second aspect of the present invention, the inrush current of the smoothing capacitor can be suppressed without adding a special circuit, and the apparatus can be reduced in size and cost.
In general, according to the present invention, there is provided a multiphase voltage rectifier capable of performing a step-up / step-down operation and controlling an input current in a sine wave shape, and having a high power factor, a high performance, a small size, and a low price. Can be provided.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、実施形態の構成を示す回路図であり、図3と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では図3と異なる部分を中心に説明する。
すなわち、この実施形態では、ダイオード整流器3の正極出力側と平滑用コンデンサ4の一端との間に、半導体スイッチからなる負荷側スイッチ8が接続されている。なお、この実施形態において、入力電流波形を正弦波状に制御するための動作は図3の場合と同様であるため、重複を避けるために説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the embodiment. The same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, portions different from those in FIG.
That is, in this embodiment, a load-
さて、図3に示した従来技術において、スイッチ素子群2の半導体スイッチS1〜S3(便宜上、電源側スイッチという)が全てオンの場合には、これらの半導体スイッチS1〜S3を介してリアクトル1に交流電源6が接続され、リアクトル1にエネルギーが蓄積される。この時、ダイオード整流器3の出力電圧をVDroutとすると、直流出力電圧(負荷5への出力電圧)をEdcとした場合、次式が成立する。
In the prior art shown in FIG. 3, when all the semiconductor switches S1 to S3 (referred to as power supply side switches for convenience) of the
[数2]
VDrout≦Edc
[Equation 2]
V Drout ≦ E dc
仮に、ダイオード整流器3の出力電圧VDroutが直流出力電圧Edcよりも大きい場合には、電源側スイッチS1〜S3がオンの期間に、図2に示すように、リアクトル1にエネルギーを蓄えるための電流iLu,iLv,iLwの他に、平滑用コンデンサ4を充電する電流i1が流れてしまい、この電流i1によって入力電流は正弦波状にはならなくなる。
If the output voltage V Drout of the
よって、図3の従来技術において、入力電流を正弦波状にするためには、少なくとも直流出力電圧Edcをダイオード整流器3の出力電圧VDroutよりも大きくする必要がある。ダイオード整流器3の出力電圧VDroutの最大値は入力線間電圧のピーク値であるから、例えば、電源電圧の実効値を200[V]とすると、直流出力電圧Edcは少なくとも283[V](≒200×√2)以上にしなければならない。
Therefore, in the prior art of FIG. 3, in order to make the input current sinusoidal, at least the DC output voltage E dc needs to be larger than the output voltage V Drout of the
このように、図3に示す従来技術では、入力電流を正弦波状にすることはできるが、直流出力電圧Edcは入力線間電圧のピーク値以上の値でなければならず、降圧動作を行うことができない。
そこで、図1に示す実施形態では、ダイオード整流器3の正極出力側と平滑用コンデンサ4の一端との間に負荷側スイッチ8を接続し、この負荷側スイッチ8を電源側スイッチS1〜S3の動作と関連させて制御するようにした。
Thus, in the prior art shown in FIG. 3, the input current can be made sinusoidal, but the DC output voltage E dc must be equal to or higher than the peak value of the input line voltage, and the step-down operation is performed. I can't.
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, a
上記負荷側スイッチ8は、電源側スイッチS1〜S3がオンの期間にオフさせ、電源側スイッチS1〜S3がオフの期間にオンさせるように制御する。このように、追加した負荷側スイッチ8のオンオフ制御は電源側スイッチS1〜S3に対し逆論理であるため、交流スイッチ群2の制御手段を用いて容易に実現可能である。
The load-
電源側スイッチS1〜S3がオンの期間には、これらの電源側スイッチS1〜S3を介してリアクトル1に交流電源6が接続されるので、リアクトル1にエネルギーが蓄積される。この時、負荷側スイッチ8はオフであるため、例えば、ダイオード整流器3の出力電圧が直流出力電圧よりも高い場合でも、平滑用コンデンサ4には電流が流れず、入力電流は前記数式1で表される値となる。
Since the
また、電源側スイッチS1〜S3がオフの期間に負荷側スイッチ8をオンすることにより、リアクトル1に蓄えられたエネルギーが出力側に供給される。この際、電源側スイッチS1〜S3はオフされているため、ダイオード整流器3の入力側には電流が流れず、結局、入力電流は前記数式1で示される値となる。
Moreover, the energy stored in the
よって、ダイオード整流器3の入力電圧、言い換えればダイオード整流器3の出力電圧VDroutが直流出力電圧Edcよりも高い場合でも、入力電流を正弦波状にすることができる。
従って、出力電圧VDroutを降圧して使用することが可能となり、例えば、ダイオード整流器3に直流中間回路を介して接続されたインバータ(図示せず)を用いてモータを低速で駆動する際に、直流中間電圧を降圧し、前記インバータのスイッチング素子の損失を低減し、また、前記インバータの出力電圧の制御誤差を少なくして装置の高性能化を図ることができる。
Therefore, even when the input voltage of the
Therefore, it is possible to step down the output voltage V Drout and use it. For example, when driving the motor at a low speed using an inverter (not shown) connected to the
なお、図1の実施形態では、ダイオード整流器3の正極出力側と平滑用コンデンサ4の一端との間に負荷側スイッチ8が接続されているが、ダイオード整流器3の負極出力側と平滑用コンデンサ4の他端との間に負荷側スイッチ8を接続したり、ダイオード整流器3の正負両極の出力側と平滑用コンデンサ4の両端との間に負荷側スイッチ8を接続した場合にも同一の効果が得られるのは言うまでもない。
1, the
また、本発明の回路構成において、電源6の投入時に、電源側スイッチS1〜S3と負荷側スイッチ8とを交互にスイッチングすることを繰り返して徐々に平滑用コンデンサ4を充電することにより、平滑用コンデンサ4の突入電流を抑制することができる。よって、本発明によれば、従来技術では必要であった平滑用コンデンサの突入電流抑制回路を不要にすることができる。
Further, in the circuit configuration of the present invention, when the
なお、本発明は、一般にn相(nは2以上の整数であり、n=2を単相とする)交流電圧源を電源とし、その交流電圧をダイオード整流器を介して直流電圧に変換する多相電圧形整流器に適用可能である。また、交流スイッチ群を構成する電源側スイッチは、そのオン時に電源を短絡してリアクトルにエネルギーを蓄積し、そのオフ時に電源側の電流経路を形成しなければよいので、少なくともn−1相分(n−1個)用いればよい。 The present invention generally uses an n-phase (n is an integer of 2 or more, n = 2 is a single phase) AC voltage source as a power source, and converts the AC voltage into a DC voltage via a diode rectifier. It is applicable to a phase voltage type rectifier. Moreover, since the power supply side switch which comprises an alternating current switch group should short-circuit a power supply at the time of the ON and accumulate | store energy in a reactor, and the current path of a power supply side should not be formed at the time of the OFF, at least for n-1 phase (N-1) may be used.
1:リアクトル
2:交流スイッチ群
3:ダイオード整流器
4:平滑用コンデンサ
5:直流負荷
6:三相交流電源
7:高周波フィルタ
8:負荷側スイッチ
S1,S2,S3:電源側スイッチ
1: Reactor 2: AC switch group 3: Diode rectifier 4: Smoothing capacitor 5: DC load 6: Three-phase AC power supply 7: High frequency filter 8: Load side switches S1, S2, S3: Power source side switches
Claims (2)
前記ダイオード整流器の出力側と前記平滑用コンデンサとの間に少なくとも1個の負荷側スイッチを接続し、この負荷側スイッチを前記電源側スイッチとは逆論理でオン、オフすることを特徴とする多相電圧形整流器。 An n-phase (n is an integer of 2 or more) AC voltage source is used as a power source, and the AC voltage is converted into a DC voltage via a diode rectifier, and through a smoothing capacitor connected to both ends of the output side of the diode rectifier. A multi-phase voltage source rectifier for supplying a load, wherein an AC switch group is provided in which a power switch is connected to at least the (n-1) phase between the power source and the diode rectifier, and the diode rectifier Connecting a circuit including a star-connected reactor to the AC input side, turning on the power supply side switch, and shorting the power supply through the reactor, the energy stored in the reactor is stored in the power supply side switch. A multi-phase voltage rectifier that can control the input current of each phase in a sine wave form by supplying it to the load via the diode rectifier when off. Oite,
At least one load-side switch is connected between the output side of the diode rectifier and the smoothing capacitor, and the load-side switch is turned on / off by reverse logic to the power-side switch. Phase voltage rectifier.
前記電源の投入時に、前記電源側スイッチ及び負荷側スイッチのオン、オフを繰り返して前記平滑用コンデンサを徐々に充電することにより、前記平滑用コンデンサに流れる突入電流を抑制することを特徴とする多相電圧形整流器。 The multiphase voltage source rectifier according to claim 1,
When the power is turned on, the inrush current flowing in the smoothing capacitor is suppressed by gradually charging the smoothing capacitor by repeatedly turning on and off the power supply side switch and the load side switch. Phase voltage rectifier.
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JP2011200014A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Panasonic Corp | Power converter |
WO2018119528A1 (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-05 | Universidad De Santiago De Chile | System for transmitting electrical energy using direct current |
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2004
- 2004-03-10 JP JP2004067642A patent/JP4340967B2/en not_active Expired - Lifetime
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