JP2020156233A - 三相整流器及び三相整流器の制御方法 - Google Patents
三相整流器及び三相整流器の制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020156233A JP2020156233A JP2019053618A JP2019053618A JP2020156233A JP 2020156233 A JP2020156233 A JP 2020156233A JP 2019053618 A JP2019053618 A JP 2019053618A JP 2019053618 A JP2019053618 A JP 2019053618A JP 2020156233 A JP2020156233 A JP 2020156233A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- switching pattern
- circuit
- unit
- switch unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Description
そのため、電圧値V3sw−maxよりも高い直流電圧が必要な場合は、三相整流器基本回路1aの出力段に昇圧型DC/DCコンバータ等の昇圧回路を設ける必要がある。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、全波整流回路の出力を昇圧して所望の出力電圧を得るようにした三相整流器であって、より低コスト且つ、より小型化を図ることの可能な三相整流器及び三相整流器の製造方法を提供することを目的としている。
本発明の一実施形態に係る三相整流器は、例えば、空気調和機、冷蔵庫、洗濯機、クリーナー、換気扇、及びこれらで使用するモータ駆動装置、モータ駆動用インバータ制御装置等、各種装置に広く適用することができる。
本発明の一実施形態に係る三相整流器は、全波整流回路としてのブリッジダイオードの出力を直流化(平滑化)するためのフィルタ部を構成するリアクトル及びコンデンサを、DC/DCコンバータに含まれるリアクトル及びコンデンサと兼用し、リアクトル及びコンデンサの数を削減することで、コストやサイズ及び重量の低下を図るようにしたものである。
図1は、本発明の一実施形態に係る三相整流器1の一例を示す構成図である。三相整流器1は、R、S、Tの三相交流電力を発生させる三相交流電源2の出力を、直流電力に変換して負荷3に供給する。
三相整流器1は、入力リアクトル11と、入力コンデンサ12と、全波整流回路としてのブリッジダイオード13と、ブリッジダイオード13の各相への入力をオン/オフする双方向スイッチ回路14と、ダイオード15と、昇圧部16と、を備える。さらに、三相整流器1は、双方向スイッチ回路14を制御するスイッチ制御部17と、昇圧部16を制御する昇圧制御部18と、を備える。
入力コンデンサ12は、3つのコンデンサCir、Cis、Citを有し、これらコンデンサCir、Cis、Citそれぞれの一端は、電線Mr〜Mtの、入力リアクトル11よりも負荷3側に接続され、コンデンサCir、Cis、Citそれぞれの他端どうしは接続されている。
双方向スイッチ回路14は、3つのスイッチSWr、SWs、SWtを有し、これらスイッチSWr、SWs、SWtは、電線Mr〜Mtそれぞれの、コンデンサCir〜Citとブリッジダイオード13との間に介挿される。
図1に戻って、ダイオード15は、還流電流用のダイオードであって、ブリッジダイオード13の直流電圧出力側の、二つのラインDCH及びDCL間にブリッジダイオード13と並列に接続される。
スイッチングパターン発生器21は、図示しない電圧計等の相電圧検出部で計測した三相交流電源2の各相の検出電圧Vr、Vs、Vtに基づいて、双方向スイッチ回路14のスイッチSWr〜SWtをスイッチング制御するための、双方向スイッチ回路用のスイッチングパターンを生成する。スイッチングパターン発生器21は、直流電圧の脈動と入力電流の高調波を抑制するように、双方向スイッチ回路用のスイッチングパターン(R相パルス、S相パルス、T相パルス)を生成する。スイッチングパターン発生器21は、双方向スイッチ回路14のスイッチSWr〜SWtの1スイッチング周期(以後、三相SW周期ともいう。)T中に、スイッチSWs、SWtをオンにし、SWrをオフにする区間Dstと、スイッチSWr、SWtをオンにし、SWsをオフにする区間Drtと、スイッチSWr、SWsをオンにし、SWtをオフにする区間Drsと、を設けるスイッチングパターンを生成する。
そして、スイッチングパターン発生器21は、特定したモードに応じて、三相SW周期T中に、区間Dstと区間Drtと区間Drsとを設けるスイッチングパターン(R相パルス、S相パルス、T相パルス)の生成を、同一のモードにある限り繰り返す。
つまり、スイッチングパターン発生器21は、三相交流電力における各相の電圧の大小関係に応じて相電圧の1スイッチング周期が区分された六つの区間であるモードI〜モードVIに応じて、モード毎に双方向スイッチ回路14のスイッチングパターンを生成する。
なお、三相SW周期Tは、電源周波数(例えば、50Hz)に対して十分短い所定周期(例えば、1/20kHz=50μsec)を中心に所定範囲内で可変である。
図4に示すように、スイッチングパターン発生器21は、相電圧判別部21aと、パターン生成部21bとを含む。
パターン生成部21bは、R相〜T相の電圧規格化信号a〜cと、鋸歯状波SAW1及びSAW2と、R相〜T相の中間電位相パルスaMID〜cMIDとを入力し、これらに基づき、三相交流電源2の交流出力を整流するためのスイッチングパターン(R相パルス、S相パルス、T相パルス)を生成する。このパターン生成部21bの基本的な動作は、例えば、特許文献1に記載されたスイッチングパターン発生器の動作と同等である。
なお、図5〜図7において、R相制御信号|R|は、R相の検出電圧VrのR相電圧規格化信号aの絶対値である。S相制御信号|S|は、S相の検出電圧VsのS相電圧規格化信号bである。T相制御信号|T|は、T相の検出電圧VtのT相電圧規格化信号cである。
パターン生成部21bは、現在のモードがモードIであると特定すると、R相制御信号|R|=R、T相制御信号|T|=−Tとし、R相制御信号|R|及びT相制御信号|T|と、鋸歯状波SAW1及びSAW2との大小関係から、図5(b)に示すスイッチングパターンを生成する。
一方、現在のモードがモードIVであると特定すると、R相制御信号|R|=−R、T相制御信号|T|=Tとし、R相制御信号|R|及びT相制御信号|T|と、鋸歯状波SAW1及びSAW2との大小関係から、図5(b)に示すスイッチングパターンを生成する。
パターン生成部21bは、現在のモードがモードIIであると特定すると、T相制御信号|T|=T、制御信号|S|+|T|−1=S−T−1とし、T相制御信号|T|=T及び制御信号|S|+|T|−1=S−T−1と、鋸歯状波SAW2との大小関係から、図6(b)に示すスイッチングパターンを生成する。
一方、現在のモードがモードVであると特定すると、T相制御信号|T|=T、制御信号|S|+|T|−1=−S+T−1とし、T相制御信号|T|=T及び制御信号|S|+|T|−1=−S+T−1と、鋸歯状波SAW2との大小関係から、図6(b)に示すスイッチングパターンを生成する。
パターン生成部21bは、現在のモードがモードIIIであると特定すると、R相制御信号|R|=−R、制御信号|R|+|S|−1=−R+S−1とし、R相制御信号|R|=−R及び制御信号|R|+|S|−1=−R+S−1と、鋸歯状波SAW1との大小関係から、図7(b)に示すスイッチングパターンを生成する。
一方、現在のモードがモードVIであると特定すると、R相制御信号|R|=R、制御信号|R|+|S|−1=R−S−1とし、R相制御信号|R|=R及び制御信号|R|+|S|−1=R−S−1と、鋸歯状波SAW1との大小関係から、図7(b)に示すスイッチングパターンを生成する。
つまり、スイッチ制御部17では、特許文献1及び特許文献2に詳述されているように、ブリッジダイオード13の出力電圧の脈動と、三相整流器1の入力電流の高調波を抑制するため、三相交流電力における各相R〜相Tの電圧の大小関係に応じて相電圧の1スイッチング周期を六つの区間であるモードI〜モードVIに区分し、スイッチング周期Tにおけるブリッジダイオード13の出力電圧の平均が一定となり、且つスイッチング周期Tにおける各相の入力電流の平均が、それぞれ対応する各相の相電圧に比例する電流となるように、モード毎にスイッチングパターンを生成している。
スイッチングパターン発生器31は、スイッチ部Q1をスイッチング制御するためのスイッチ部用のスイッチングパターンを発生する。このスイッチ部用のスイッチングパターンは、スイッチSWr〜SWtをスイッチング制御するための双方向スイッチ回路14用のスイッチングパターンとはパターンが異なる。
なお、スイッチ部Q1のスイッチング周期は、電源周波数(例えば、50Hz)に対して十分短い所定周期(例えば、1/20kHz=50μsec)を中心に所定範囲内で可変である。
区間信号生成部31bは、図8に示すように、パターン生成部21bで生成したスイッチングパターン(R〜T相パルス)R_IGBT〜T_IGBTを入力し、S相パルスS_IGBTとT相パルスT_IGBT、R相パルスR_IGBTとT相パルスT_IGBT、R相パルスR_IGBTとS相パルスS_IGBT、のそれぞれの論理和を求め、STパルス、RTパルス、RSパルスとして出力する。
パターン生成部31cは、例えば、図8に示すように、S相が中間電位相であるときのスイッチングパターンを生成する生成部311と、R相が中間電位相であるときのスイッチングパターンを生成する生成部312と、T相が中間電位相であるときのスイッチングパターンを生成する生成部313と、を備える。さらに、パターン生成部31cは、生成部311〜313で生成したスイッチングパターンを入力しこれらの論理積をスイッチ部Q1用のスイッチングパターンとして駆動回路32に出力する。
これら生成部311〜313で生成したスイッチングパターンの論理積をOR回路314により求めることによって、図9(c)に示すように、各モードそれぞれの区間Dst〜区間Drs毎に、各区間Dst〜区間Drsそれぞれの長さに比例したパルス幅を有するスイッチングパターンが生成される。
図10は、三相整流器1を用いてシミュレーションを行ったときの、入力電流(図10(a))と出力電圧(図10(b))とのシミュレーション結果を示す。
なお、図1に示す三相整流器1において、入力電圧は三相400V、50Hzとし、出力電圧の目標値Voo*はDC600Vとし、出力電力は9.6kWとし、負荷3として負荷抵抗37.5Ωとしてシミュレーションを行った。また、入力リアクトル11としてリアクトルLir〜Litそれぞれを並列に接続したリアクトル0.5mHと抵抗220Ωとで模擬した。入力コンデンサ12は10μFとし、直流リアクトルL1は0.5mHとし、コンデンサC1は500μFとした。また、スイッチSWr〜SWtのスイッチング周波数は19.2kHzとした。スイッチ部Q1は、図9(c)に示すスイッチングパターンで駆動した。なお、図9は、図3に示すモードIのポイントp1における、スイッチングパターンの一例を示したものである。図9(a)は、R相制御信号|R|及びT相制御信号|T|と、R相用の鋸歯状波(SAW1)及びT相用の鋸歯状波(SAW2)との関係を表す。(b)は、R相パルス、S相パルス、T相パルスを表す。(c)は、スイッチ部Q1のスイッチングパターンである。
図10から、出力電圧の目標値Voo*と同等とみなすことができる程度に昇圧された出力電圧Vooが得られると共に、高調波が十分に抑制された入力電流Ir〜Itが得られることがわかる。
このように、本発明の一実施形態に係る三相整流器1は、ブリッジダイオード13の出力を平滑化する平滑化用のコイル及びコンデンサと、昇圧用のコイル及びコンデンサとを兼用している。そのため、その分、サイズ及び重量の点でより小型化を図ることの可能な三相整流器1を得ることができる。そのため、三相整流器1を適用したモータ駆動装置やモータ駆動用インバータ制御装置等に適用することによって、これらモータ駆動装置やモータ駆動用インバータ制御装置等の小型化を図ることができ、特に、クリーナーや洗濯機等、小型化が望まれる電化製品に適用することにより、優位性を得ることができる。
その結果、サイズ及び重量の点でより小型化を図ることができるだけでなく、高調波抑制機能も有する三相整流器1を得ることができる。
ここで、本発明の一実施形態に係る三相整流器1において、「三相SW周期T中に、区間Dst、Drt、Drs毎に、各区間のオン時間の長さに応じてスイッチ部Q1をオン状態に切り替えること」により入力電流の高調波抑制効果が得られる理由を説明する。
ここでは、入力電流の高調波抑制効果が得られる理由を、比較用三相整流器及び三相整流器基本回路1aを伴って説明する。
比較用三相整流器は、本発明の一実施形態に係る三相整流器1と同一の機器構成を有する整流器である。すなわち、比較用三相整流器と三相整流器1との相違点は、スイッチ部Q1のスイッチングパターンが異なる点である。具体的には、比較用三相整流器は、例えば、スイッチ部Q1のスイッチング周波数を21.1kHzとし一定周期でスイッチング動作させるようになっている。以後、比較用三相整流器におけるスイッチ部Q1のスイッチングパターンを比較用スイッチングパターンという。また、比較用三相整流器において用いられる比較用スイッチングパターンに対し、図9(c)に示す本発明の一実施形態に係る三相整流器1におけるスイッチ部Q1のスイッチングパターンを適正スイッチングパターンともいう。
なお、比較用三相整流器における、双方向スイッチ回路14の制御方法は、三相整流器1における双方向スイッチ回路14の制御方法と同様であって、三相交流電源のR相、S相、T相の大小関係に応じたモードI〜モードVIに応じて、図5〜図7に示すスイッチングパターンで双方向スイッチ回路14をオンオフ動作させるようになっている。
図11は、比較用三相整流器を用いてシミュレーションした場合の、入力電流Ir〜It及び出力電圧Vooのシミュレーション結果を示したものである。なお、スイッチ部Q1は、スイッチング周波数が21.1kHzであり、図12に示すように、三相SW周期T毎に一度の一定周期でスイッチ部Q1をオン状態に切り替える比較用スイッチングパターンでオンオフ動作させた。スイッチ部Q1を除く他の模擬条件は、三相整流器1を用いてシミュレーションを行ったときと同一条件とした。なお、図12において、(a)は、双方向スイッチ回路14のスイッチングパターンの一例、(b)はスイッチ部Q1の比較用スイッチングパターンの一例である。
ここで、比較用三相整流器において、入力電流Ir〜It(図11(a))の高調波を抑制することができないということは、比較用三相整流器の高調波抑制機能を担うはずのブロック、すなわち、図13に示す三相整流器基本回路1aに相当する部分が十分に高調波を抑制しきれていないと推測することができる。つまり、単に、図1に示す機器構成を有する三相整流器1を実現しただけでは所望の動作を得ることができない。
そこで、比較用三相整流器の高調波抑制機能を担うはずのブロックの基本動作を解析し、この基本動作と、比較用三相整流器の動作との相違点を検討することで、比較用三相整流器が十分に高調波を抑制しきれない要因を検討した。比較用三相整流器の高調波抑制機能を担うはずのブロックの基本動作の解析は、図13に示す三相整流器基本回路1aを用いて行った。
この三相整流器基本回路1aは、図13に示すように、三相整流器1において、昇圧を行わず、ブリッジダイオード13の出力を直流リアクトルL1及びコンデンサC1を含むフィルタ部により平滑化した後、負荷3に供給するようにした三相整流器である。
図13に示す三相整流器基本回路1aは、図3と同様に、三相交流電源2からの相電圧波形の1周期を6等分し、各モードに定めた方式でデューティ比を決定したスイッチングパターンにしたがって、スイッチSWr〜SWtをスイッチング制御する。
つまり、三相整流器基本回路1aにおける、双方向スイッチ回路14の制御方法は、三相整流器1における双方向スイッチ回路14の制御方法と同様であって、三相交流電源のR相、S相、T相の大小関係に応じたモードI〜モードVIに応じて、図5〜図7に示すスイッチングパターンで双方向スイッチ回路14をオンオフ動作させるようになっている。
しかしながら、電流Ilは一定であるという仮定は、三相整流器基本回路1aにおいて厳密には成立していない。
図14は、三相整流器基本回路1aでの、図3のモードIの、ポイントp1における、双方向スイッチ回路14のスイッチングパターンの一例を示したものである。図14において、(a)は、R相制御信号|R|及びT相制御信号|T|と、R相用の鋸歯状波SAW1及びT相用の鋸歯状波SAW2との関係を表す。(b)は、R相パルス、S相パルス、T相パルスを表す。(c)は三相整流器基本回路1aにおける、直流リアクトルL1を流れる電流Ilの一例である。
三相整流器基本回路1aのシミュレーション結果を、図15に示す。図15(a)は直流リアクトルL1を流れる電流Il、図15(b)は、三相の入力電流Ir〜Itである。電流Ilは、図15(a)に示すように、前述した折れ線状の誤差を含んでいるが、入力電流Ir〜Itの波形は図15(b)に示すように高調波が抑制された波形であって、実用上問題のない程度の回路動作が得られることがわかる。なお、三相整流器基本回路1aのシミュレーションは、入力電圧は三相400V、50Hzとし、出力電圧の目標値Vo*は約DC490Vとし、出力電力は9.6kWとし、負荷3として負荷抵抗25Ωとして行った。また、入力リアクトル11としてリアクトルLir〜Litそれぞれを並列に接続したリアクトル0.5mHと抵抗220Ωとで模擬した。また、入力コンデンサ12は10μFとし、直流リアクトルL1は0.5mHとし、コンデンサC1は500μFとした。また、スイッチSWr〜SWtのスイッチング周波数は19.2kHzとした。
(三相整流器基本回路1aにおける入力電流の高調波成分ついての検討)
三相整流器基本回路1aにおいて、直流リアクトルL1を流れる電流Ilが図14(c)に示すように折れ線状に変化する電流であるが故に生じる誤差は、前述のように直流リアクトルL1のインダクタンス値を上げたり、スイッチSWr〜SWtのスイッチング周波数を上げたりすることで小さくすることができる。
ここで、図13に示す三相整流器基本回路1aにおいて、ブリッジダイオード13の出力電圧(非直流化電圧)をVdとしたとき、直流リアクトルL1の励磁又は減磁電圧Vlは、次式(1)で表すことができる。
Vl=Vd−Vo ……(1)
Vd=Vrs又はVst又はVrt=0以上V線間peak以下
Vo=V線間peak×(31/2/2)(但し、非降圧動作時) ……(2)
ΔIl=ΔT×(Vl/Il)
=ΔT×((Vd−Vo)/Il)
Vl>0:電流Ilは上昇。直流リアクトルL1は励磁。
Vl<0:電流Ilは下降。直流リアクトルL1は減磁。 ……(3)
Vlの最大値:V線間peak×(1−(31/2/2))
Vlの最小値:−(31/2/2)×V線間peak
=−Vo ……(4)
ΔIlが小さい程、三相の入力電流Ir〜Itと理想電流Io*(高調波が抑制された入力電流)との誤差は小さくなる。つまり、ΔIlが小さいということは、電流Ilが一定に近くなることを意味することであるため、すなわち、電流Ilと理想電流Io*との誤差が小さくなることを直感的に理解することができる。
つまり、IlまたはスイッチSWr〜SWtのスイッチング周波数を上げればΔIlは小さくなり、その結果、三相の入力電流Ir、Is、Itと「高調波が抑制された入力電流」との誤差を小さくすることができる。
逆に、Vlの絶対値が大きいほど、ΔIlを大きくする作用が生じ、Vlが正値であればIlは増加(一般的にこのとき、直流リアクトルL1は励磁されるという。)し、Vlが負値であればIlは減少(一般的にこのとき、直流リアクトルL1は減磁されるという。)となる。
一方、比較用三相整流器、つまり、図1に示す三相整流器1と同一の機器構成を有する三相整流器において、ブリッジダイオード13の出力電圧をVd、比較用三相整流器の出力電圧をVooとしたとき、直流リアクトルL1の励磁又は減磁電圧Vlは、次式(5)で表すことができる。
スイッチ部Q1がオン:Vl=Vd(L1は必ず励磁され電流Ilは上昇)
スイッチ部Q1がオフ:Vl=Vd−Voo(L1は励磁又は減磁される。)
Vd=Vrs又はVst又はVrt=0以上V線間peak以下
Voo>Vo=V線間peak×(31/2/2) ……(5)
比較用三相整流器において、図17に示すようにΔT′間に直流リアクトルL1を流れる電流Ilの変化量をΔIlとすると、変化量ΔIlは次式(6)で表すことができる。なお、ΔT′は、比較用三相整流器において区間Dst〜区間Drs、つまり、選択された通電相が継続する時間を示す。
ΔIl=ΔT′×(Vl/Il)
=ΔT′×((Vd−Voo)/Il) ……(6)
Vlの最大値:V線間peak
Vlの最小値:−Voo(<−Vo) ……(7)
ここで、比較用三相整流器は、三相整流器基本回路1aにおいてさらにスイッチ部Q1を備えるため、スイッチ部Q1のオン/オフ状態に応じてΔIlを決定する必要がある。そして、後述するように、スイッチ部Q1がオン状態であるかオフ状態であるかによりΔIlに加わる影響は大きく、スイッチ部Q1のオン/オフ状態が適切に制御されなければ入力電流が歪むことになる。つまり、比較用三相整流器に要求される入力電流の高調波抑制機能が失われることになる。
図18(c)に示すように、比較用三相整流器における電流Ilは、同一ポイントp1での三相整流器基本回路1a(図18(d))における電流Ilに比較して、スイッチ部Q1がオン状態となる直前の電流Ilは理想電流Io*よりも小さく、スイッチ部Q1がオン状態に切り替わった後の電流Ilは急速に上昇し理想電流Io*を上回ることがわかる。このため、比較用三相整流器は、三相整流器基本回路1aに比較して、区間Dstと区間Drsの平均電流が本来理想とする理想電流Io*よりも大きくなり、逆に、区間Drtの平均電流は理想電流Io*よりも小さくなっていることがわかる。
つまり、比較用三相整流器では、スイッチ部Q1のオンオフ動作を原因とする、各通電区間における入力電流の、理想電流Io*との誤差が偏らないように制御するか、又は、誤差自体が小さくなるように制御する必要がある。そしてこれら制御を行わなければ、図11に示すように、比較用三相整流器では、出力電圧Vooは目標電圧Voo*と同等に制御することができたとしても(図11(b))、入力電流Ir〜Itは高調波成分が抑制されず(図11(a))、すなわち、入力電流の高調波抑制機能が作用しないことがわかる。
以上説明した三相整流器基本回路1a及び比較用三相整流器に対し、本発明の一実施形態に係る三相整流器1では、図19(b)に示す比較用スイッチングパターンのように、三相SW周期T毎に一度、スイッチ部Q1をオン状態に切り替えるのではなく、図19(c)に示す適正スイッチングパターンのように、三相SW周期T毎の各区間Dst〜Drsにおいて一回、スイッチ部Q1がオン状態に切り替える。そして、スイッチ部Q1がオン状態となる期間は、区間Dst〜Drs毎に、各区間の継続時間に比例した割合となるようにしている。つまり、三相SW周期T中に計3回、スイッチ部Q1をオン状態に切り替えている。その結果、一つの三相SW周期T中における電流Ilの変化量が抑制され、電流Ilは理想電流Io*により近い範囲で変動することになる。つまり、高調波抑制機能を働かせることができたことと同等となる。
なお、図19において(a)は、図3のポイントp1における双方向スイッチ回路14のスイッチングパターンの一例である。
DQ=TQon/TQ ……(8)
DrtQ=TrtQon/TrtQ ……(9)
DQ=DrtQ ……(10)
以上説明したように、図1に示す機器構成を有する三相整流器を構成することによって、比較用三相整流器で説明したように、目標とする電圧値Voo*と同等電圧値の出力電圧Vooを得ることのできる三相整流器を実現することができる。
さらに、本発明の一実施形態に係る三相整流器1においては、適正スイッチングパターンでスイッチ部Q1を駆動し、区間Dst、Drt、Drs毎に、各区間のオン時間の長さに応じてスイッチ部Q1をオン状態に切り替えている。ここで、比較用三相整流器で説明したように、スイッチ部Q1のスイッチングパターンによっては、入力電流の高調波抑制機能が抑制される場合があるが、三相整流器1では、適正スイッチングパターンでスイッチ部Q1を切り替えている。そのため、直流リアクトルL1を流れる電流Ilの変化量が増大した場合であっても、電流Ilと理想電流Io*との差が増大することを抑制することができ、その結果、高調波が抑制された入力電流を得ることができる。
また、三相整流器1では、スイッチSWr〜SWtの区間Dst〜Drs毎に一度スイッチ部Q1をオン状態に切り替えるようにしているため、三相SW周期Tにおいて、スイッチ部Q1がオン状態となるタイミングを容易にばらつかせることができる。その結果、スイッチ部Q1がオン状態となる区間が、三相SW周期T内において偏ることを容易に抑制することができる。
また、本発明の一実施形態に係る三相整流器1は、スイッチ部Q1を常にオフ状態とすれば、図13に示す三相整流器基本回路1aと同等の機器構成となり、三相整流器基本回路1aと同等の動作を行うことになる。したがって、三相整流器1を、例えば特許文献1に記載された降圧型の三相整流器としても動作させることができ、昇圧及び降圧制御が可能な三相整流器1を実現することができる。
この電源回路100において、入力リアクトルLlr、Lls、Lltは、その動作原理上、図1に示す三相整流器1の直流リアクトルL1の3〜5倍のインダクタンス、つまり3〜5倍程度の大きさと重量が必要である。これに対し、三相整流器1の構成部品のうち、電源回路100には含まれない部品、すなわち、入力リアクトル11(Lir〜Lit)及び入力コンデンサ12(Cir〜Cit)の大きさと重量の合計は、電源回路100の入力リアクトルLlr、Lls、Lltの大きさと重量の合計の1/5倍程度である。つまり、図1に示す三相整流器1の方が、電源回路100よりも小型且つ軽量である。
なお、上記実施形態では、区間Dst〜Drs毎に1回、スイッチ部Q1をスイッチング動作させる場合について説明したが、区間毎に1区間に複数回ずつスイッチ部Q1をスイッチング動作させるようにしてもよい。
上記実施形態では、三相整流器1において、スイッチ部Q1を、区間Dst〜Drs毎にオン状態に切り替えることによって、スイッチ部Q1がオン状態となることで増加する、直流リアクトルL1を流れる電流Ilの増加量を抑制し、電流Ilと理想電流Io*との誤差を低減する場合について説明したがこれに限るものではない。
例えば、三相整流器1の各三相SW周期Tにおいて、三相SW周期Tの区間中の異なるタイミングで、スイッチ部Q1をオンとするようにしてもよい。
図18で説明したように、図20(d)に示すようにスイッチ部Q1を三相SW周期T毎に同一タイミングでオンオフさせた場合、図20(e)に示すように、区間Drtの平均電流は常に理想電流Io*よりも小さく、区間Drsの平均電流は常に理想電流Io*よりも大きくなる場合がある。つまり、入力電流Ir〜Itに高調波が含まれることになる。
したがって、このように、複数周期(図20では4周期T1〜T4)において周期毎にスイッチ部Q1をオンオフさせるタイミングをばらつかせた場合でも、上記実施形態と同等の作用効果を得ることができる。つまり、複数周期例えばT1〜T4における平均電流を理想電流Io*に近付けることができるため、この場合も、高調波が抑制された入力電流を得ることができる。
なお、図20(b)に示すように、変形例1におけるスイッチ部Q1のスイッチングパターンは、そのパルス幅は、図20(d)に示す、三相SW周期Tにおいて一定のタイミングでスイッチ部Q1をオン動作させるスイッチングパターンのパルス幅と同一である。
なお、ここでは、図20に示すように、4周期を一つの単位として、スイッチ部Q1のスイッチングパターンを設定した場合について説明したが、4周期に限るものではない。任意数の周期を一つの単位として、スイッチ部Q1のスイッチングパターンを設定してもよい。また、図3に示す6つのモードにおいて同一モードにある三相SW周期T毎に異なるタイミングでスイッチ部Q1をオン状態に切り替えてもよい。
上記変形例1では、予め設定した複数の三相SW周期Tを単位とし、この複数周期において、周期毎にスイッチ部Q1をオンオフさせるタイミングをずらし、このずれたタイミングで複数周期を単位としてスイッチ部Q1をオンオフさせることで、スイッチ部Q1をオンオフさせるタイミングをばらつかせている。これに対し、変形例2では、三相SW周期Tの一定数倍の周期でスイッチ部Q1をオンオフ制御するようにしたものである。なお、スイッチ部Q1のスイッチング周波数は、適用する三相整流器1の特性に応じて高調波規格を満足し得る入力電流波形を得ることのできる周波数に設定すればよい。
図21は、スイッチ部Q1のスイッチングパターンを示したものである。(a)は、三相SW周期Tの1.25倍でスイッチ部Q1をスイッチング制御するものであり、スイッチSWs〜SWrのスイッチング周波数の0.8倍の周期でスイッチング制御するものである。(b)は、三相SW周期Tの0.75倍でスイッチ部Q1をスイッチング制御するものであり、スイッチSWs〜SWrのスイッチング周波数の1.33倍でスイッチング制御するものである。(c)は、三相SW周期Tの0.625倍でスイッチ部Q1をスイッチング制御するものであり、スイッチSWs〜SWrのスイッチング周波数の1.6倍でスイッチング制御するものである。
なお、このようにして設定したスイッチ部Q1の適正スイッチングパターンは、シミュレーションを行った三相整流器1を構成する各部の定数や出入力電圧、電流などを実用時に想定される程度の範囲で変更した場合であっても同等のシミュレーション結果を得られること、つまり、期待する高調波抑制機能を維持することができることを確認している。
また、変形例2では、スイッチ部Q1の適正スイッチングパターンとして、スイッチSWs〜SWrのスイッチング周波数の所定数倍の周波数のパターンとして設定しているため、スイッチ部Q1のスイッチングパターンを容易に設定することができる。
変形例1及び変形例2におけるスイッチ部Q1の適正スイッチングパターンは、例えば以下の手順で設定することができる。
まず、スイッチ部Q1のスイッチングパターンとして、変形例1に示す複数周期を一つの単位としてスイッチングパターンを決定する方法、又は変形例2に示すように、スイッチSWs〜SWrのスイッチング周波数の一定数倍の周期でスイッチ部Q1をスイッチング制御する方法でのスイッチングパターンにしたがって、任意のスイッチングパターンを設定する。
2 三相交流電源
3 負荷
11 入力リアクトル
12 入力コンデンサ
13 ブリッジダイオード
14 双方向スイッチ回路
15 ダイオード
16 昇圧部
17 スイッチ制御部
18 昇圧制御部
21 スイッチングパターン発生器
22 駆動回路
31 スイッチングパターン発生器
32 駆動回路
C1 コンデンサ
D1 ダイオード
L1 直流リアクトル
Q1 スイッチ部
SWr〜SWt スイッチ
T 三相SW周期
Claims (6)
- 三相交流電力を直流電力に変換する三相整流器であって、
前記三相交流電力を直流電力に整流する全波整流回路と、
前記三相交流電力の前記全波整流回路への各相の入力をオン/オフする双方向スイッチ回路と、
前記双方向スイッチ回路を制御するスイッチ制御部と、
少なくともコイルとコンデンサとオン/オフ動作するスイッチ部とを含み、前記全波整流回路の出力を昇圧する昇圧部と、
前記スイッチ部を制御する昇圧制御部と、を備え、
前記昇圧部の前記コイル及び前記コンデンサは、前記全波整流回路の出力を平滑化するフィルタ部を兼ねることを特徴とする三相整流器。 - 前記コイルは前記全波整流回路と当該全波整流回路の出力側に接続された負荷との間に直列に接続され、
前記コンデンサは前記コイルと前記負荷との間に前記負荷と並列に接続され、
さらに前記スイッチ部は前記コイルと前記コンデンサとの間に前記コンデンサと並列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の三相整流器。 - 前記三相交流電力の各相の電圧を検出する相電圧検出部を有し、
前記スイッチ制御部は、前記相電圧検出部で検出した前記三相交流電力の各相の検出電圧に基づいて、前記双方向スイッチ回路をオン/オフ動作させるための各相のスイッチングパターンを生成し、生成した前記双方向スイッチ回路用のスイッチングパターンで前記双方向スイッチ回路をスイッチング制御し、
前記昇圧制御部は、前記スイッチ部をオン/オフ動作させるためのスイッチングパターンを生成し、生成した前記スイッチ部用のスイッチングパターンで前記スイッチ部をスイッチング制御し、
前記スイッチ部用のスイッチングパターンは、前記双方向スイッチ回路用のスイッチングパターンとは異なることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の三相整流器。 - 前記双方向スイッチ回路用のスイッチングパターンは所定のスイッチング周期を有し、
前記スイッチ部用のスイッチングパターンのスイッチング周期は、前記双方向スイッチ回路用の前記スイッチング周期よりも短いことを特徴とする請求項3に記載の三相整流器。 - 三相交流電力を直流電力に整流する全波整流回路と、前記三相交流電力の前記全波整流回路への各相の入力をオン/オフする双方向スイッチ回路と、を備え、前記全波整流回路と負荷との間に、前記全波整流回路側から順に、オン/オフ動作するスイッチ部とコンデンサとを前記負荷と並列に接続すると共に、前記全波整流回路と前記スイッチ部との間に直列にコイルを接続した三相整流器の制御方法であって、
前記スイッチ部をオン/オフ動作させることにより、前記コイルと前記コンデンサとを、前記全波整流回路の出力を昇圧する昇圧部の一部として動作させる昇圧モードと、
前記スイッチ部をオフ状態にすることにより、前記コイルと前記コンデンサとを、前記全波整流回路の出力を平滑化するフィルタ部の一部として動作させるフィルタモードと、を交互に繰り返すことを特徴とする三相整流器の制御方法。 - 前記三相交流電力の各相の電圧に基づいて前記双方向スイッチ回路をオン/オフ動作させるための各相のスイッチングパターンを生成し、生成した前記双方向スイッチ回路用のスイッチングパターンで前記双方向スイッチ回路をオン/オフ動作させ、
前記スイッチ部をオン/オフ動作させるためのスイッチングパターンを生成し、生成した前記スイッチ部用のスイッチングパターンで前記スイッチ部をオン/オフ動作させ
前記双方向スイッチ回路用のスイッチングパターンと前記スイッチ部用のスイッチングパターンとは異なることを特徴とする請求項5に記載の三相整流器の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019053618A JP7259450B2 (ja) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 三相整流器及び三相整流器の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019053618A JP7259450B2 (ja) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 三相整流器及び三相整流器の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020156233A true JP2020156233A (ja) | 2020-09-24 |
JP7259450B2 JP7259450B2 (ja) | 2023-04-18 |
Family
ID=72560114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019053618A Active JP7259450B2 (ja) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 三相整流器及び三相整流器の制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7259450B2 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007249812A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Denso Corp | 電源装置 |
JP2010187521A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-08-26 | Mitsubishi Electric Corp | モーター駆動制御装置、圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫 |
JP2011030409A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-02-10 | Fujitsu General Ltd | 3相整流器 |
JP2015023785A (ja) * | 2013-07-24 | 2015-02-02 | パナソニック株式会社 | 電力変換装置、及び空気調和装置 |
-
2019
- 2019-03-20 JP JP2019053618A patent/JP7259450B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007249812A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Denso Corp | 電源装置 |
JP2010187521A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-08-26 | Mitsubishi Electric Corp | モーター駆動制御装置、圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫 |
JP2011030409A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-02-10 | Fujitsu General Ltd | 3相整流器 |
JP2015023785A (ja) * | 2013-07-24 | 2015-02-02 | パナソニック株式会社 | 電力変換装置、及び空気調和装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7259450B2 (ja) | 2023-04-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100823922B1 (ko) | 직류 전원 공급 장치 및 그 방법 | |
JP3634443B2 (ja) | 誘導性負荷用制御回路 | |
US8519655B2 (en) | DC bus boost method and system for regenerative brake | |
KR100806774B1 (ko) | Ac/dc 변환기 및 이를 이용한 ac/dc 변환 방법 | |
JP6758515B2 (ja) | 電力変換装置、圧縮機、送風機、および空気調和装置 | |
JP2000278955A (ja) | 電源装置及びこの電源装置を用いた空気調和機 | |
KR101911263B1 (ko) | 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 | |
JP3783598B2 (ja) | インバータエアコン | |
KR102024606B1 (ko) | 전력 변환 장치 및 그 제어 방법 | |
JP3934982B2 (ja) | 電源装置 | |
KR102174638B1 (ko) | 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법 | |
JP2020156233A (ja) | 三相整流器及び三相整流器の制御方法 | |
KR20110077801A (ko) | 직류전원 공급장치 및 직류전원 공급방법 | |
JP5950970B2 (ja) | 電力変換装置 | |
KR102069068B1 (ko) | 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기 | |
KR102015440B1 (ko) | 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 | |
KR20180085999A (ko) | 고조파 제어 전원 장치, 이를 포함하는 공기 조화기 및 고조파 제어 방법 | |
KR102043216B1 (ko) | 전력 변환 장치와 그 제어방법 및 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기 | |
JP5891593B2 (ja) | 電力変換装置 | |
KR102183348B1 (ko) | 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 | |
JP6522227B2 (ja) | コンバータ回路、インバータ回路および空気調和機の電力変換装置 | |
KR102160049B1 (ko) | 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 | |
KR102346445B1 (ko) | 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 | |
KR102069067B1 (ko) | 리플 저감 정류부를 포함하는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 | |
KR101901947B1 (ko) | 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221025 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221026 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221221 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230307 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230320 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7259450 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |