JP2011147325A

JP2011147325A - ３相力率改善回路

Info

Publication number: JP2011147325A
Application number: JP2010023540A
Authority: JP
Inventors: Morio Sato; 守男佐藤
Original assignee: Ohira Electronics Co Ltd
Current assignee: Ohira Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-07-28

Abstract

【課題】３相交流電源の力率改善回路
【解決手段】３相交流電源１の各交流電源に単相全波整流器２、３、４とリアクトル５、６、７とコンデンサ８、９、１０からなる第１ないし第３の整流平滑回路を接続して各々独立した直流電源を作り、それらの直流電源に並列にトランス１４、１５、１６の１次巻線１４ａ、１５ａ、１６ａの各々とスイッチ素子１１、１２、１３の各々からなる直列回路をそれぞれ接続し、スイッチ素子１１、１２、１３を同時にオン・オフする発振制御回路を接続し、トランス１４、１５、１６の２次巻線１４ｂ、１５ｂ、１６ｂの直列回路にダイオード１９、２０とリアクトル２１とコンデンサ２２からなる第４の整流平滑回路を接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は３相交流電源から直流電源を作る電源装置に関する。

３相交流電源から直流電源を作るために、単相交流電源から直流電源を作る絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータ３台を各相に接続して、その出力を並列接続する方法がある。しかし、３台の絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータの各々の電流のバランスがくずれると３相交流電源の各相の電流のバランスもくずれ、その結果力率が悪くなる。そこで、各相の電流バランスを保ち、かつ力率を改善する方法が特開平１１−１１３２５６等で提案されている。

図５は従来技術による３相入力直流電源装置の例を示している。図において、３つの絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０８、１１９、１２０は各々独立した電流モード制御回路とゲート駆動回路と変流器１２１を持ち、そして共通の出力電圧検出誤差増幅器１２２を持っている。それらの相互の働きは複雑なので、説明を避けるが、要するに、出力電圧検出誤差増幅器の出力で各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング電流のピーク値が制御されるので、３つの絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの電流のバランスが保たれるということである。

図５の従来技術によって３相の各相の電流のバランスは改善されるが、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに追加される制御回路や変流器の追加と電流のバランスを調整し確認する工程の追加によるコストの上昇が大きいという短所がある。

そこで本発明は、追加部品を必要とせず、また無調整で各相の電流のバランスを保つ３相入力直流電源装置を提供することをすることを目的としている。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明は３相交流電源の位相の異なる３つの交流電源から各々別々の直流電源を作る第１ないし第３の整流平滑回路と、第１の整流平滑回路が作る直流電源に並列に接続された第１のトランスの１次巻線と第１のスイッチ素子からなる直列回路と、第２の整流平滑回路が作る直流電源に並列に接続された第２のトランスの１次巻線と第２のスイッチ素子からなる直列回路と、第３の整流平滑回路が作る直流電源に並列に接続された第３のトランスの１次巻線と第３のスイッチ素子からなる直列回路と、第１ないし第３のスイッチ素子を同時にオン・オフさせる発振制御回路と、第１のトランスの２次巻線と第１のトランスの２次巻線に直列に接続された第２のトランスの２次巻線と第２のトランスの２次巻線に直列に接続された第３のトランスの２次巻線と、第１のトランスないし第３のトランスの２次巻線からなる直列回路の両端に生じる電圧を直流電圧に変換する第４の整流平滑回路からなることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の第１ないし第３の整流平滑回路をアクティブフィルタを備えた整流平滑回路に置き換えたことを特徴としている。

請求項１及び２記載の発明において、第１のトランスないし第３のトランスの２次巻線が直列に接続されているので、それらの巻線に流れる電流は等しくなる。そのため第１ないし第３の整流平滑回路が作る直流電源の各々の電流も等しくなり、その結果３つの交流電源の電流のバランスを保つことができる。

本発明によって、３相交流電源の３つの交流電源から別々の整流平滑回路とそれに続くスイッチングコンバータを接続しても、交流の３つの線に流れる電流のバランスを安定させることが、部品の追加や調整検査の工程の追加なしで可能になるので経済効果が期待できる。

請求項１記載の発明の実施例を示す回路図である。請求項２記載の発明の実施例を示す回路図である。請求項１記載の発明の別の実施例を示す回路図である。請求項２記載の発明の別の実施例を示す回路図である。従来の方式の一例を示す回路図である。

発明を実施するための最良の形態を実施例の図面を参照して説明する。

図１において、１は３相３線式交流電源、２から４は単相全波整流器、５から７と８から１０は各々平滑用のリアクトルとコンデンサである。３相３線式交流電源１は１ａ、１ｂ、１ｃの３つの交流電源からなっている。また、３つの出力端子は通称Ｒ、Ｓ、Ｔと呼ばれている。３つの交流電源の１ａはＲとＳ、１ｂはＳとＴ、１ｃはＴとＲを各々対とする端子から出力される。各々の交流電源は、単相全波整流器２から４と平滑用リアクトル５から７とコンデンサ８から１０からなる整流平滑回路によって直流電源に変換されるが、位相が１２０°ずつ異なる同じ波高値の正弦波であるため、コンデンサ８から１０にも位相が各々１２０°ずつ異なるリップルを持つ直流電圧が充電される。

コンデンサ８から１０の直流電圧は各々スイッチ素子１１から１３により同時にオン・オフされるので、トランス１４から１６の１次巻線１４ａから１６ａに加わる電圧はリップル分だけ互いに異なるが２次巻線１４ｂから１６ｂの直列回路両端の電圧は各巻線のリップルの位相が異なるので互いに打ち消し合って平坦になる。その電圧がダイオード１９、２０とリアクトル２１とコンデンサ２２によって整流平滑されてできる直流電圧もほぼ平坦になり、負荷２３に供給される。

３つのトランス１４から１６の３つの２次巻線１４ｂから１６ｂの電流が等しいので、巻数比を等しくした３つの１次巻線１４ａから１６ａの電流も等しくなる。

３つの２次巻線１４ｂから１６ｂによって合成される電圧が平坦になるので、コンデンサ８から１０の容量が小さくても良い。コンデンサ８から１０の容量を小さくすることができるので３つの交流電源１ａから１ｃの各々の力率が良くなる。

発振制御回路１８はその１次巻線１７ａと電磁的に結合している３つの２次巻線１７ｂから１７ｄからなるトランス１７を介して３つのスイッチ素子１１から１３を同時にオン・オフしている。

３つのトランス１４から１６の３つの１次巻線１４ａから１６ａの電流が互いに等しく、かつ３つのスイッチ素子１１から１３は同時オン・オフするので３つのコンデンサ８から１０の平均放電電流は等しくなる。

従って、３つの交流電源１ａから１ｃの電流のバランスがとれ、かつ各々の力率も改善されるので３相交流電源の力率が改善される。

図２は、図１の第１ないし第３の整流平滑回路のリアクトル５から７に、スイッチ素子５ｂから７ｂとダイオード５ａから７ａとスイッチ素子５ｂから７ｂのオン・オフを制御する発振制御回路５ｃから７ｃが追加されアクティブフィルタが構成されている。

追加されたアクティブフィルタによって各相の交流電流波形は交流電圧波形の相似形になり、３つの交流電源各々の力率は改善される。そして、各々の交流電流が等しいので３相交流電源としての力率も改善される。

図３において、２４は３相４線式交流電源である。３相４線式交流電源２４は２４ａ、２４ｂ、２４ｃの３つの交流電源からなっている。また、出力端子は通称Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｎと呼ばれている。３つの交流電源の２４ａはＲとＮ、２４ｂはＳとＮ、２４ｃはＴとＮを対とする端子から出力される。各々の交流電源は単相全波整流器２から４に接続される。単相全波整流器から負荷までの接続と動作は図１を説明した内容と同じ。

図４は図３の第１ないし第３の整流平滑回路において、リアクトル５から７にスイッチ素子５ｂから７ｂとダイオード５ａから７ａとスイッチ素子５ｂから７ｂのオン・オフを制御する発振制御回路５ｃから７ｃが追加されアクティブフィルタが構成されている。

図１から４において、発振制御回路１８の信号はトランス１７の３つの２次巻線１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを介してスイッチ素子１１から１３に各々加えられているが、３つのスイッチ素子のうちの１つにトランス１７を介さないで発振制御回路から直接加えても良い。またトランス１７の代わりにフォトＩＣを利用しても良い。

３相交流電源から直流電源を作る回路が従来方式に比べて、追加部品の点でも組立調整の点でもより安価にかつ容易にできるので産業上の利用の可能性は高い。

１３相３線式交流電源
１ａ、１ｂ、１ｃ交流電源
２、３、４全波整流器
５、６、７リアクトル
５ａ、６ａ、７ａダイオード
５ｂ、６ｂ、７ｂスイッチ素子
５ｃ、６ｃ、７ｃ発振制御回路
８、９、１０コンデンサ
１１、１２、１３スイッチ素子
１４、１５、１６、１７トランス
１４ａ、１５ａ、１６ａ１次巻線
１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ２次巻線
１７トランス
１７ａ１次巻線
１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ２次巻線
１８発振制御回路
１９、２０ダイオード
２１リアクトル
２２コンデンサ
２３負荷
２４３相４線式交流電源
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ交流電源
１０１、１１７、１１８昇圧型高調波制御回路
１０８、１１９、１２０ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１６負荷
１２１変流器
１２２出力電圧検出誤差増幅器

Claims

３相交流電源と、前記３相交流電源の位相の異なる３つの交流電源から各々別々の直流電源を作る第１の整流平滑回路と、第２の整流平滑回路と、第３の整流平滑回路と、前記第１の整流平滑回路が作る直流電源に並列に接続された第１のトランスの１次巻線と第１のスイッチ素子からなる直列回路と、前記第２の整流平滑回路が作る直流電源に並列に接続された第２のトランスの１次巻線と第２のスイッチ素子からなる直列回路と、前記第３の整流平滑回路が作る直流電源に並列に接続された第３のトランスの１次巻線と第３のスイッチ素子からなる直列回路と、前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子と前記第３のスイッチ素子を同時にオン・オフさせる発振制御回路と、前記第１のトランスの２次巻線と、前記第１のトランスの２次巻線に直列に接続された前記第２のトランスの２次巻線と、前記第２のトランスの２次巻線に直列に接続された前記第３のトランスの２次巻線と、前記第１のトランスの２次巻線と前記第２のトランスの２次巻線と前記第３のトランスの２次巻線からなる直列回路の両端に生じる電圧を直流電圧に変換する第４の整流平滑回路からなることを特徴とする３相入力直流電源装置。
前記第１の整流平滑回路と前記第２の整流平滑回路と前記第３の整流平滑回路がいずれもアクティブフィルタを備えた整流平滑回路である請求項１記載の３相入力直流電源装置。