JP2019075880A - Power factor improvement circuit and power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力率改善回路及び電源回路に関する。 The present invention relates to a power factor correction circuit and a power supply circuit.
従来から、電源回路に使用される回路としてインバータが知られている。例えば、特許文献1には、三相入力、三相出力のインバータが開示されている。
Conventionally, an inverter is known as a circuit used for a power supply circuit. For example,
特許文献1に記載のインバータのような3つの入力端を有するインバータは、通常、三相交流電源に対して使用され、単相交流電源に対しては使用されない。仮に、単相交流電源に対して3つの入力端を有するインバータを使用する場合、当該インバータに入力される電流が歪んでしまい、入力力率(インバータの交流入力側の有効電力と皮相電力との比)が悪い。入力力率を改善するため、ACリアクトル又はDCリアクトルを使用することも考えられるが、これらは、三相交流電源に対しては効果を発揮するが、単相交流電源に対しては効果をほとんど発揮しない。
An inverter having three inputs, such as the inverter described in
本発明は、単相交流電源に対して3つの入力端を有するインバータを使用する際の入力力率を改善することを課題とする。 An object of the present invention is to improve the input power factor when using an inverter having three input terminals for a single-phase AC power supply.
本発明の第1の観点に係る力率改善回路は、
単相交流電源が出力する単相交流電圧が入力される第1入力端及び第2入力端と、
インバータが備える3つの入力端それぞれに接続される、第1出力端、第2出力端、及び、第3出力端と、
前記第1入力端に接続された節点と、
一端が前記節点に接続され、他端が前記第1出力端に接続された第1素子と、
一端が前記節点に接続され、他端が前記第2出力端に接続された第2素子と、を備え、
前記第2入力端と前記第3出力端とが接続され、
前記第1素子及び前記第2素子は、抵抗、コンデンサ、リアクトルのうちの異なる2つである。
A power factor correction circuit according to a first aspect of the present invention is
A first input end and a second input end to which a single-phase AC voltage output from a single-phase AC power is input;
A first output end, a second output end, and a third output end connected to each of three input ends provided in the inverter;
A node connected to the first input end;
A first element having one end connected to the node and the other end connected to the first output end;
A second element having one end connected to the node and the other end connected to the second output end,
The second input end and the third output end are connected;
The first element and the second element are two different ones of a resistor, a capacitor and a reactor.
前記第1素子は、前記リアクトルであり、
前記第2素子は、前記コンデンサである、
ようにしてもよい。
The first element is the reactor,
The second element is the capacitor.
You may do so.
本発明の第2の観点に係る電源回路は、
上記力率改善回路と、
前記第1出力端、前記第2出力端、及び、前記第3出力端それぞれが接続される前記3つの入力端を備える前記インバータと、
を備える。
A power supply circuit according to a second aspect of the present invention is
The above power factor improvement circuit,
The inverter comprising the three input ends to which the first output end, the second output end, and the third output end are respectively connected;
Equipped with
本発明によれば、単相交流電源に対して3つの入力端を有するインバータを使用する際の入力力率を、力率改善回路を設けない場合に比べて改善できる。 According to the present invention, it is possible to improve the input power factor when using an inverter having three input ends with respect to a single-phase AC power supply as compared with the case where the power factor improvement circuit is not provided.
本発明の一実施形態に係る電源回路100、力率改善回路200等を、図面を参照して説明する。
A
(電源回路100の構成)
電源回路100は、単相交流電源ACからの単相交流を三相交流に変換してモータMに供給する回路であり、図1に示すように、力率改善回路200と、インバータ300とを備える。単相交流電源ACの例としては、直流バッテリ及び直流を交流に変換するインバータの組合せが挙げられる。モータMの例としては、建物のメンテナンス等に使用されるゴンドラを上昇させるモータが挙げられる。電源回路100は、例えば、当該ゴンドラに搭載される。
(Configuration of power supply circuit 100)
The
力率改善回路200は、単相交流電源ACからの電源電流IACの波形を、電源電圧VACの波形に近づけることで、単相交流電源ACから供給される電力の力率を改善する回路である。力率改善回路200は、入力端子201〜202と、節点(ノード)203と、リアクトル204と、コンデンサ205と、出力端子206〜208と、を備える。
Power
入力端子201と入力端子202とには、単相交流電源ACが接続される。入力端子201には、節点203が接続されている。リアクトル204の一端は節点203に接続され、当該リアクトル204の他端は、出力端子206に接続されている。コンデンサ205の一端は節点203に接続され、当該コンデンサ205の他端は、出力端子207に接続されている。入力端子202は、出力端子208に接続(短絡)されている。
A single phase AC power supply AC is connected to the
インバータ300は、単相交流電源ACから力率改善回路200を介して供給される交流を三相交流に変換してモータMに供給する。その際、インバータ300は、モータMに出力する交流電圧の電圧及び周波数を制御することができる。
The
インバータ300は、入力端子301〜303と、整流回路(AC−DCコンバータ)304と、DCリアクトル305と、平滑コンデンサ306と、スイッチング回路(DC−ACインバータ)307と、コントローラ308と、出力端子309〜311と、節点N1〜N2と、を備える。なお、インバータ300としては、例えば、三相(R相、S相、T相)入力、三相(U相、V相、W相)出力の公知のインバータを用いることができる。
The
入力端子301〜303それぞれには、力率改善回路200の出力端子206〜208が接続されている。入力端子301〜303それぞれには、整流回路304が接続されている。整流回路304は、6つのダイオードD1〜D6により構成されている。ダイオードD1及びD2は直列に接続されており、その中点が入力端子301に接続されている。ダイオードD3及びD4は直列に接続されており、その中点が入力端子302に接続されている。ダイオードD5及びD6は直列に接続されており、その中点が入力端子303に接続されている。
整流回路304の2つの出力端のうち一方は、DCリアクトル305の一端が接続されている。DCリアクトルの他端は、節点N1に接続されている。整流回路304の2つの出力端のうち他方は、節点N2に接続されている。平滑コンデンサ306は、一端が節点N1に接続され、他端が節点N2に接続されている。さらに、節点N1及び節点N2それぞれには、スイッチング回路307の2つの入力端も接続されている。スイッチング回路307は、6つのスイッチング素子S1〜S6と、6つのスイッチング素子S1〜S6それぞれに並列接続されている還流ダイオードD7〜D12と、を備えている。スイッチング素子S1及びS2は直列に接続されており、その中点が出力端子309に接続されている。スイッチング素子S3及びS4は直列に接続されており、その中点が出力端子310に接続されている。スイッチング素子S5及びS6は直列に接続されており、その中点が出力端子311に接続されている。出力端子309〜311には、モータMが接続される。
One end of the
コントローラ308は、コンピュータなどを含んで構成される。コントローラ308は、スイッチング素子S1〜S6それぞれに制御信号を供給し、これらのオン/オフを制御することにより、スイッチング回路307に三相交流電圧を生成させ出力端子309〜出力端子311から出力させる。これにより、出力端子309〜出力端子311から、三相交流がモータMに供給される。コントローラ308は、スイッチング素子S1〜S6それぞれのオン/オフのタイミングを制御することで、三相交流電圧の電圧値、周波数等を制御する(三相交流電圧の電圧値や周波数は、例えば、ユーザが所定の操作部を操作することで指定できる)。また、コントローラ308は、例えば、PWM(Pulse Width Modulation)制御により、スイッチング素子S1〜S6それぞれのオン/オフを制御する。コントローラ308は、フィードバック制御により、スイッチング素子S1〜S6それぞれのオン/オフを制御するとよい(フィードバックのための回路は、公知のものを採用できる)。
The
(電源回路100の動作)
入力端子201と入力端子202との間には、単相交流電源ACから出力される電源電圧VAC(単相交流電圧)が印加される。電源電圧VACの印加により、節点203と出力端子206との間に流れる電流I1の位相は、リアクトル204により、電源電圧VACに対して遅れる。電流I1と電源電圧VACとの関係の一例を図2(A)に示す。一方、節点203と出力端子207との間に流れる電流I2の位相は、コンデンサ205により、電源電圧VACに対して進む。電流I2と電源電圧VACとの関係の一例を図2(B)に示す。入力端子201を流れる電源電流IAC(単相交流電源ACから流れる電流)は、電流I1と電流I2を合わせたものとなる。図3に、電流IACと電源電圧VACとの関係の一例を示す。力率改善回路200のリアクトル204のインダクタンス及びコンデンサ205の静電容量は、力率改善のために好適な値を取るように設定すればよい。例えば、リアクトル204のインダクタンスを2.3mHとし、コンデンサ205の静電容量を200μFとする。
(Operation of power supply circuit 100)
A power supply voltage V AC (single-phase alternating current voltage) output from the single-phase alternating current power supply AC is applied between the
図3の比較例として、力率改善回路200を設けずに、入力端子301及び303に単相交流電源ACを接続し、入力端子302には何も接続しない場合の電源電圧VAC(単相交流電源ACの出力電圧)と、入力端子301に流れる電源電流IACとの関係の一例を図4に示す。
As a comparative example of FIG. 3, without providing the power
図3の波形と図4の波形とを比較すると、波高値は図3の方が低く、電流値が正方向又は負方向に上昇して下降する期間(T)が長い波形が得られており、電源電圧VACの波形(正弦波)に近い。このため、単相交流電源ACからの電力の力率(入力力率)は、力率改善回路200を用いることで改善されている。
Comparing the waveform of FIG. 3 with the waveform of FIG. 4, the peak value is lower in FIG. 3, and a waveform is obtained which has a long period (T) in which the current value rises and falls in the positive or negative direction. , Close to the waveform (sine wave) of the power supply voltage V AC . Therefore, the power factor (input power factor) of the power from the single-phase AC power supply AC is improved by using the power
力率改善回路200からの交流は、整流回路304により整流され、直流に変換され、平滑コンデンサ306により平滑化される。DCリアクトル305は、高調波の発生を抑制する。平滑コンデンサ306により平滑化された直流は、スイッチング回路307により、三相交流に変換され、出力端子309〜311を介してモータMに供給される。
The alternating current from the power
(実施形態上の効果等)
上述のように力率改善回路200では、リアクトル204及びコンデンサ205により、電流I1、I2の位相をずらすので、力率改善回路200により、電源電流IACの波形の形状を改善でき、入力力率(インバータ300の交流入力側の有効電力と皮相電力との比)を改善できる(図2〜図4参照)。また、入力力率が改善されることで、電流値(実効値等)を、力率改善回路200を設けない場合よりも低くすることができる。さらに、力率改善回路200により、電源電流IACの波形が改善されるので、高調波が低減し、従って、ノイズも低減できる。また、波形の改善により、波高値が低くなっており、例えば、単相交流電源ACとして、直流バッテリ及び直流を交流に変換するインバータの組合せを採用したときの当該インバータに使用されるスイッチング素子等への負荷を軽減できる。力率改善回路200の回路構成は、図1に示すように簡単であり、従って本実施の形態によれば、簡単な回路構成で入力力率を改善できる。
(Effects in the embodiment etc.)
As described above, in the power
本願発明者は、モータMに、建物のメンテナンス等に使用されるゴンドラを上昇させるモータを採用し、インバータ300として、当該ゴンドラに搭載されるインバータ内蔵制御盤を採用し、単相交流電源ACとして、バッテリ及びインバータの組合せ(AC200V)を採用し、電源電流IAC等を計測した。図2及び図3は、そのときの波形の一例である。このときは、力率が0.7から0.85まで改善した。また、実験時において、上昇中のゴンドラを上下に揺らしてみたが、電源電流IACへの大きな影響は見られなかった。力率改善回路200を設けない場合は、上昇中のゴンドラを上下に揺らした影響により、電源電流IACは小刻みに変化した。従って、力率改善回路200を設けることで負荷変動に対する耐性も付与できる。
The inventor of the present application adopts a motor for raising a gondola used for maintenance of a building or the like as the motor M, and employs an inverter built-in control panel mounted on the gondola as the
単相交流電源ACからの単相交流を変換したい場合、単相入力のインバータを使用しても、三相入力インバータ(上記インバータ300など)を使用しても、インバータへの入力電流が歪み、入力力率は悪い。単相交流電源使用時の入力力率は、力率改善のために一般に使用されるACリアクトル又はDCリアクトルを使用しても、ほとんど改善されない。しかし、この実施の形態のように、単相交流電源ACに使用するインバータとして、通常は使用されない三相入力のインバータ300をあえて採用し、そこに力率改善回路200を使用することで、良好な入力力率を得ることができる。特に、単相入力のインバータを採用するときよりも良好な力率を得ることも可能である。
If you want to convert single-phase alternating current from single-phase AC power supply AC, the input current to the inverter is distorted whether using a single-phase input inverter or using a three-phase input inverter (such as the
(その他)
上記「接続される」等の「接続」に関する表現は、他の素子を介さずに直接接続されることの他、回路本来の機能を阻害しない素子を介して接続されることをも含むものとする。
(Others)
The expression "connected" such as "connected" includes connecting not only directly through other elements but also through elements which do not impair the circuit's original function.
(変形例)
本発明は、他の用途に使用される電源回路にも適用可能である。例えば、エアコン等の電源回路に本発明を適用してもよい。具体的には、エアコンの電源回路のインバータとして、三相出力、三相入力のインバータを採用し、単相交流電源ACとして商用電源を採用し、当該商用電源と前記インバータ(インバータ300に相当)との間に力率改善回路200を設ける。本発明に係る電源回路に接続される負荷も、モータ以外のものであってもよい。単相交流電源ACは、商用電源であってもよいし、直流電源と、直流を交流に変換するインバータとの組合せであってもよい。
(Modification)
The present invention is also applicable to power supply circuits used for other applications. For example, the present invention may be applied to a power supply circuit such as an air conditioner. Specifically, a three-phase output, three-phase input inverter is adopted as an inverter of a power supply circuit of an air conditioner, a commercial power supply is adopted as a single phase AC power supply AC, and the commercial power supply and the inverter (corresponding to the inverter 300) And a power
インバータ300は、DCリアクトル305を備えなくてもよい。インバータ300は、ACリアクトルを備えてもよい。力率改善回路200は、従来の三相入力三相出力のインバータに外付けされるものであってもよい。インバータ300の出力は、単相であってもよい。
The
最初から力率改善回路200及びインバータ300を1つの電源回路として製造してもよい。このような場合、力率改善回路200の3つの出力端(回路上の出力部分)は、端子を介さずに、インバータ300の3つの入力端(整流回路304の回路上の入力部分)に直接配線等により接続されてもよい。インバータ300は、力率改善回路200を介して供給される交流を変換できればよい。つまり、インバータ300は、3つの入力端を有するものであればよく、三相入力のインバータ(位相が120度ずれた交流が入力されるインバータ)とは呼べないものであってもよい。なお、三相入力のインバータに関して、例えば、力率改善回路及びインバータを1つの電源回路として製造した場合に、当該電源回路からインバータを取り出し、当該インバータに三相交流を入力したときに、当該インバータが正常に動作して交流を出力できれば、そのインバータは、三相入力のインバータといえるものとする。
The power
力率改善回路200の3つの出力端子206〜208それぞれは、インバータ300の入力端子301〜303のうちのいずれに接続されてもよい。例えば、出力端子206は、入力端子303に接続されてもよい。
Each of the three
力率改善回路200のリアクトル204又はコンデンサ205の代わりに抵抗Rを設けてもよい(図5(A)及び(B)の力率改善回路200A、200B参照)。但し、リアクトル204又はコンデンサ205を用いたときの方が、電流I1の位相と電流I2の位相との差を大きくすることができ、より力率を改善できる。
A resistor R may be provided instead of the
(本発明の範囲)
本発明は、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態及び変形例は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
(Scope of the present invention)
The present invention is capable of various embodiments and modifications. In addition, the above-described embodiment and modification are for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
100 電源回路
200 力率改善回路
201〜202 入力端子
203 節点
204 リアクトル
205 コンデンサ
206〜208 出力端子
300 インバータ
301〜303 入力端子
304 整流回路
305 DCリアクトル
306 平滑コンデンサ
307 スイッチング回路
Claims (3)
インバータが備える3つの入力端それぞれに接続される、第1出力端、第2出力端、及び、第3出力端と、
前記第1入力端に接続された節点と、
一端が前記節点に接続され、他端が前記第1出力端に接続された第1素子と、
一端が前記節点に接続され、他端が前記第2出力端に接続された第2素子と、を備え、
前記第2入力端と前記第3出力端とが接続され、
前記第1素子及び前記第2素子は、抵抗、コンデンサ、リアクトルのうちの異なる2つである、
力率改善回路。 A first input end and a second input end to which a single-phase AC voltage output from a single-phase AC power is input;
A first output end, a second output end, and a third output end connected to each of three input ends provided in the inverter;
A node connected to the first input end;
A first element having one end connected to the node and the other end connected to the first output end;
A second element having one end connected to the node and the other end connected to the second output end,
The second input end and the third output end are connected;
The first element and the second element are two different ones of a resistor, a capacitor, and a reactor.
Power factor correction circuit.
前記第2素子は、前記コンデンサである、
請求項1に記載の力率改善回路。 The first element is the reactor,
The second element is the capacitor.
The power factor correction circuit according to claim 1.
前記第1出力端、前記第2出力端、及び、前記第3出力端それぞれが接続される前記3つの入力端を備える前記インバータと、
を備える電源回路。 A power factor correction circuit according to claim 1 or 2;
The inverter comprising the three input ends to which the first output end, the second output end, and the third output end are respectively connected;
Power supply circuit comprising:
Priority Applications (1)
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