JP3594049B2 - 整流回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力される交流電圧を整流器により整流し、コンデンサにより平滑して直流電圧を出力する整流回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の単相整流回路の一構成例を示す回路図である。
図７に示す単相整流回路は、交流電圧及び交流電流を発生する交流電源１と、交流電源１に直列に接続されたリアクトル２と、リアクトル２に接続されたダイオードブリッジ５４と、ダイオードブリッジ５４に接続された平滑用のコンデンサ４０とから構成されており、ダイオードブリッジ５４は、４つのダイオード１１〜１４から構成されている。ここで、リアクトル２においては、ダイオードブリッジ５４とコンデンサ４０との間に設けて直流リアクトルとする場合もある。
以下に、図７に示す単相整流回路の動作について説明する。
図８は、図７に示した交流電源１から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は電圧値を示す図、（ｂ）は電流値を示す図である。
【０００３】
交流電源１から交流電圧ｅＲＳが出力されると、リアクトル２に電流ｉＲが流れるが、電流ｉＲにおいては図８に示すように、交流電圧ｅＲＳが一定の直流電圧値を超えた時点から流れ始め、一定の直流電圧値より低くなった時点で減少し始め、流れなくなる。
リアクトル２を流れる電流ｉＲが正である半波期間においては、電流ｉＲがダイオードブリッジ内のダイオード１１，１４を流れてコンデンサ４０に電荷が充電され、電流ｉＲが負である半波期間においては、電流ｉＲがダイオードブリッジ内のダイオード１３，１２を流れてコンデンサ４０に電荷が充電される。
このようにして、コンデンサ４０の両端に接続される負荷（不図示）に対して直流電圧が印加される。
【０００４】
図８に示す電流波形においては、３次、５次、７次等の奇数次の高調波成分が含有されている。
図９は、従来の３相整流回路の一構成例を示す回路図である。
図９に示す３相整流回路は、交流電圧及び交流電流を発生する交流電源１ａ，１ｂ，１ｃと、交流電源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに直列に接続されたリアクトル４ａ，４ｂ，４ｃと、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃに接続されたダイオードブリッジ５１と、ダイオードブリッジ５１に接続された平滑用のコンデンサ４０とから構成されており、ダイオードブリッジ５１は、６つのダイオード１７〜２２から構成されている。ここで、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃにおいては、ダイオードブリッジ５１とコンデンサ４０との間に設けて直流リアクトルとする場合もある。
【０００５】
以下に、図９に示す３相整流回路の動作について説明する。
図１０は、図９に示した交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は電圧値を示す図、（ｂ）はリアクトル４ａを流れる電流値を示す図、（ｃ）はリアクトル４ｂを流れる電流値を示す図、（ｄ）はリアクトル４ｃを流れる電流値を示す図である。
交流電源１ａ，１ｂ，１ｃから交流電圧が出力されると、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃに電流が流れるが、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ流れる電流においては図１０に示すように、線間電圧が一定の直流電圧値を超えた時点から流れ始め、一定の直流電圧値より低くなった時点で減少し始め、流れなくなる。
リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃを流れた電流がダイオードブリッジ５１を介してコンデンサ４０に供給され、コンデンサ４０に電荷が充電される。
【０００６】
このようにして、コンデンサ４０の両端に接続される負荷（不図示）に対して直流電圧が印加される。
図１０に示す電流波形においては、含有される高調波成分は単相の場合と比べて少ないものの、５次、７次、１１次、１３次等といった３の倍数次を除いた奇数次の高調波成分が含有されている。
しかしながら、図７あるいは図９に示した整流回路においては、交流電源から出力される電源電圧の値が一定の直流電圧の値を超えた時点で急峻な電流が流れ始めるため、電流の高周波成分が大きく、配電網における損失が増大してしまう。
また、電源電圧の波形が歪み、接続される他の機器へも悪影響を及ぼす虞れもある。
【０００７】
そこで、リアクトルを交流側または直流側に挿入することにより、上記問題点を改善することが考えられるが、十分な効果を得るためにはインダクタンスを大きくする必要があり、そのため、寸法が大きくなりコストも高くなると共に、インダクタンスによる電圧降下が発生してしまう。
リアクトルを極度に大きくすることなく高調波成分を低減させる方法として、ダイオードをスイッチング素子に置き換えたり、別のスイッッチング素子等を追加してＰＷＭ制御を行う方法がある。
また、受動部品のみを用いて高調波成分を低減させる方法として、ＬＣフィルタを用いる方法が特開平５−３４４７３１号公報に開示されている。
図１１は、ＬＣフィルタにより特定高調波成分の低減が図られる単相整流回路の一構成例を示す回路図である。
【０００８】
図１１に示す単相整流回路においては、図７に示した回路のダイオードブリッジ５４の入力側に並列にリアクトル６及びコンデンサ４１からなる共振回路が設けられている。
図１１のように構成された単相整流回路においては、交流電源１から出力される電源電圧の値が一定の直流電圧の値よりも低い場合に、交流電源１からリアクトル２を介してリアクトル６及びコンデンサ４１に電流が流れるため、入力電流の特定の高周波成分が吸収される。
また、ダイオードのスイッチング作用を利用してコンデンサを直並列に切り替える方法が、電気学会論文誌Ｄ分冊、１１３巻、３号、ｐ４０３に開示されている。
【０００９】
さらに、３相整流回路においては、整流ブリッジが２組設けられ、スター・デルタ接続トランスの位相シフト機能を用いて多重化する方法が用いられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の整流回路においては以下に記載するような問題点がある。
（１）能動素子を用いてＰＷＭ制御を行う方法において
回路構成が複雑になるため、製造コストが増大してしまい、また、新たな電磁障害が発生する虞れがある。
（２）特開平５−３４４７３１号公報に開示されている方法において
リアクトルとコンデンサとからなる共振回路によって高調波成分を吸収しているため、ＬＣ共振の特定高調波以外には効果がなく、また、例えば３次高調波である１５０Ｈｚまたは１８０Ｈｚの共振を得るような共振回路においては、使用されるリアクトル及びコンデンサがかなり大きいものになるため、回路が大型化してしまう。
【００１１】
（３）電気学会論文誌に開示されている方法において
ダイオードのスイッチング作用を利用するため、多くのダイオードが直列に接続され、ダイオードの電圧効果による電圧損失が増加してしまう。
また、無負荷時における直流出力電圧値が交流電源ピーク電圧値の１．５倍に達するため、直流回路よりも出力側に設定する部品を耐圧の高いものとしなければならず、製造コストが増大してしまう。
（４）２組の整流ブリッジとスター・デルタ接続の移相トランスを組み合わせる方法において
回路のサイズ及び製造コスト面での不利は免れない。
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、回路の大型化及び製造コストの増大を招くことなく、電源電流の高調波成分を低減させることができる整流回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、
交流電圧及び交流電流を出力する交流電源と、該交流電源の一端に接続される第１の整流経路及び前記交流電源の前記第１の整流経路が接続されていない端に接続される第２の整流経路を具備し、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する整流手段と、前記第１の整流経路と直列に接続される第１のリアクトルと、前記整流手段に接続され、前記整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサとを有してなる整流回路において、
前記整流手段に設けられた第３の整流経路と、
前記交流電源の前記第１の整流経路が接続された端に接続される第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに接続される第２のリアクトルとを具備し、
前記第３の整流経路は、前記第２のコンデンサを介して前記交流電源に接続され、かつ、前記第２のリアクトルを介して前記第１のコンデンサに接続されていることを特徴とする。
【００１４】
また、交流電圧及び交流電流を出力する複数の交流電源と、
該交流電源の一端にそれぞれ接続された複数の第１のリアクトルと、
該第１のリアクトルを介して前記交流電源に接続され、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する第１の整流手段と、
前記第１の整流手段に接続され、前記第１の整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサと、
該第１のコンデンサに対して前記第１の整流手段と並列に接続された第２の整流手段と、
前記複数の交流電源にそれぞれ接続された複数の第２のリアクトルとを有してなる整流回路において、
前記第２の整流手段と前記複数の第２のリアクトルとの間に複数の第２のコンデンサを具備し、
前記第２の整流手段が、前記第２のコンデンサ及び前記第２のリアクトルを介して前記交流電源に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
また、交流電圧及び交流電流を出力する複数の交流電源と、
該交流電源の一端に接続され、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する第１の整流手段と、
前記第１の整流手段と直列に接続される第１のリアクトルと、
該第１のリアクトルを介して前記第１の整流手段に接続され、前記第１の整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに対して前記第１の整流手段と並列に接続された第２の整流手段と、
前記第２の整流手段と直列に接続され、かつ、前記第２の整流手段と接続されていない端に前記第１のコンデンサが接続される第２のリアクトルとを有してなる整流回路において、
前記複数の交流電源と前記第２の整流手段との間に複数の第２のコンデンサを具備し、
前記第２の整流手段が、前記第２のコンデンサを介して前記交流電源に接続されていることを特徴とする。
【００１６】
（作用）
上記のように構成された本発明においては、整流経路あるいは整流手段が新たに設られ、さらに、その整流経路あるいは整流手段と交流電源との間にコンデンサが設けられており、従来より設けられている整流経路あるいは整流手段を流れる電流に対して新たに設けられた整流経路あるいは整流手段を流れる電流は進み位相を有する。そのため、新たに設けられた整流経路あるいは整流手段を流れる電流と従来よりある整流経路あるいは整流手段を流れる電流とが重畳されると、交流電源から流れ込む電流の通流幅が拡大され、高調波成分が低減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による単相整流回路の実施の一形態を示す回路図である。
本形態は図１に示すように、交流電圧及び交流電流を発生する交流電源１と、交流電源１に直列に接続された第１のリアクトル２と、リアクトル２に接続される整流手段であるダイオードブリッジ５３と、ダイオードブリッジ５３に接続された第１のコンデンサである平滑用のコンデンサ４０と、ダイオードブリッジ５３の入力側にリアクトル２と並列に接続された第２のリアクトル３及び第２のコンデンサ３１とから構成されており、ダイオードブリッジ５３は、第１の整流経路を形成するダイオード１１及びダイオード１２と、第２の整流経路を形成するダイオード１３及びダイオード１４と、第３の整流経路を形成するダイオード１５及びダイオード１６とから構成されている。
【００１８】
以下に、それぞれの接続について説明する。
交流電源１の一端がリアクトル２及びリアクトル３のそれぞれの一端に接続され、交流電源１の他端がダイオード１３とダイオード１４との間に接続され、リアクトル２の他端がダイオード１１とダイオード１２との間に接続され、リアクトル３の他端がコンデンサ３１の一端に接続され、コンデンサ３１の他端がダイオード１５とダイオード１６との間に接続され、ダイオードブリッジ５３に並列にコンデンサ４０が接続されている。
以下に、上記のように構成された単相整流回路の動作について説明する。
図２は、図１に示した単相整流回路において交流電源１から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は交流電源電圧値を示す図、（ｂ）はリアクトル２を流れる電流値を示す図、（ｃ）はリアクトル３を流れる電流値を示す図、（ｄ）はコンデンサ３１にかかる電圧値を示す図、（ｅ）は交流電源１から出力される電流値を示す図である。
【００１９】
交流電源１から交流電圧ｅＲＳが出力されると、リアクトル２及びリアクトル３に流れる電流ｉＲは、交流電圧ｅＲＳが一定の直流電圧値を超えた時点から流れ始めるが、リアクトル２に流れる電流ｉＲ１とリアクトル３に流れる電流ｉＲ２とは、コンデンサ３１によって電流ｉＲ２が進み位相となっているため、位相が異なる。このため、電流ｉＲ１と電流ｉＲ２とが重畳された電流ｉＲは図２（ｅ）に示すように、二山を有する波形となる。
これにより、通流幅が拡大され、その分だけ振幅が低減し、高調波成分が低減される。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、第１の実施の形態における単相整流回路のリアクトルの接続位置を変えて直流リアクトルとした例について説明する。
【００２０】
図３は、本発明による単相整流回路において直流リアクトルを用いた一形態を示す図である。
本形態においては、ダイオードブリッジ５３のダイオード１１，１２に第１のリアクトルであるリアクトル６ａ，６ｂが、ダイオード１５，１６に第２のリアクトルであるリアクトル７ａ，７ｂがそれぞれ直列に接続されており、その他の構成においては、第１の実施の形態において示したものと同様である。
なお、リアクトル６ａとリアクトル６ｂ、及びリアクトル７ａとリアクトル７ｂとはそれぞれ磁気結合されている。
（第３の実施の形態）
図４は、本発明による３相整流回路の実施の一形態を示す回路図である。
【００２１】
本形態は図４に示すように、交流電圧及び交流電流を発生する交流電源１ａ，１ｂ，１ｃと、交流電源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに直列に接続された第１のリアクトル４ａ，４ｂ，４ｃと、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃに接続される第１の整流手段であるダイオードブリッジ５１と、ダイオードブリッジ５１に接続された第１のコンデンサである平滑用のコンデンサ４０と、コンデンサ４０に対してダイオードブリッジ５１と並列に接続された第２の整流手段であるダイオードブリッジ５２と、交流電源１ａ，１ｂ，１ｃとダイオードブリッジ５２との間にそれぞれ接続された第２のリアクトル５ａ，５ｂ，５ｃ及び第２のコンデンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとから構成されており、また、ダイオードブリッジ５１は、６つのダイオード１７〜２２から構成されており、ダイオードブリッジ５２は、６つのダイオード２３〜２８から構成されている。
【００２２】
以下に、それぞれの接続について説明する。
交流電源１ａの一端がリアクトル４ａ及びリアクトル５ａのそれぞれの一端に接続され、リアクトル４ａの他端がダイオード１７とダイオード１８との間に接続され、リアクトル５ａの他端がコンデンサ３２ａの一端に接続され、コンデンサ３２ａの他端がダイオード２３とダイオード２４との間に接続され、交流電源１ｂの一端がリアクトル４ｂ及びリアクトル５ｂのそれぞれの一端に接続され、リアクトル４ｂの他端がダイオード１９とダイオード２０との間に接続され、リアクトル５ｂの他端がコンデンサ３２ｂの一端に接続され、コンデンサ３２ｂの他端がダイオード２５とダイオード２６との間に接続され、交流電源１ｃの一端がリアクトル４ｃ及びリアクトル５ｃのそれぞれの一端に接続され、リアクトル４ｃの他端がダイオード２１とダイオード２２との間に接続され、リアクトル５ｃの他端がコンデンサ３２ｃの一端に接続され、コンデンサ３２ｃの他端がダイオード２７とダイオード２８との間に接続され、ダイオードブリッジ５１及びダイオードブリッジ５２にコンデンサ４０が接続されている。
【００２３】
以下に、上記のように構成された３相整流回路の動作について説明する。
図５は、図４に示した３相整流回路において交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は交流電源電圧値を示す図、（ｂ）はリアクトル４ａに流れる電流値を示す図、（ｃ）はリアクトル４ｂに流れる電流値を示す図、（ｄ）はリアクトル４ｃに流れる電流値を示す図、（ｅ）はコンデンサ３２ａにかかる電圧値並びにリアクトル５ａを流れる電流値を示す図、（ｆ）はコンデンサ３２ｂにかかる電圧値並びにリアクトル５ｂを流れる電流値を示す図、（ｇ）はコンデンサ３２ｃにかかる電圧値並びにリアクトル５ｃを流れる電流値を示す図、（ｈ）は交流電源１ａから出力される電流値を示す図、（ｉ）は交流電源１ｂから出力される電流値を示す図、（ｊ）は交流電源１ｃから出力される電流値を示す図である。
【００２４】
第１の実施の形態において示した単相整流回路と同様にして、コンデンサ３２ａによって、リアクトル５ａを流れる電流ｉＲ２がリアクトル４ａを流れる電流ｉＲ１に対して進み位相となる。同様に、リアクトル５ｂを流れる電流ｉＳ２がリアクトル４ｂを流れる電流ｉＳ１に対して、また、リアクトル５ｃを流れる電流ｉＴ２がリアクトル４ｃを流れる電流ｉＴ１に対して、それぞれ進み位相となる。
このため、電流ｉＲ１と電流ｉＲ２とが重畳された電流ｉＲ、電流ｉＳ１と電流ｉＳ２とが重畳された電流ｉＳ及び電流ｉＴ１と電流ｉＴ２とが重畳された電流ｉＴはそれぞれ図５に示すように、四つ山を有する波形となる。
これにより、通流幅が拡大され、その分だけ振幅が低減し、高調波成分が低減される。
【００２５】
ここで、ダイオードブリッジ５２を介してコンデンサ４０に流れた電流ｉＲ２，ｉＳ２，ｉＴ２においては、他の相に接続されたコンデンサ（不図示）の電圧極性の作用により、ダイオードブリッジ５２を通って交流電源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに戻るのではなく、ダイオードブリッジ５１を通って交流電源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに流れる。図５（ｂ）〜（ｄ）における破線はこの電流を示すものである。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態として、第３の実施の形態における３相整流回路のリアクトルの接続位置を変えて直流リアクトルとした例について説明する。
図６は、本発明による３相整流回路において直流リアクトルを用いた一形態を示す図である。
【００２６】
本形態においては、第１の整流手段であるダイオードブリッジ５１の一端と第１のコンデンサ４０との間に第１のリアクトル８ａ，８ｂが、第２の整流手段であるダイオードブリッジ５２の一端とコンデンサ４０との間に第２のリアクトル９ａ，９ｂがそれぞれ接続されており、その他の構成においては、第３の実施の形態において示したものと同様である。
なお、リアクトル８ａとリアクトル８ｂ、及びリアクトル９ａとリアクトル９ｂとはそれぞれ磁気結合されている。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、交流電源との間に電流の進み位相を作用させるコンデンサが接続された整流経路あるいは整流手段を新たに設けたため、整流手段に流れる電流は、位相の異なる電流が重畳されることになり、交流電源から流れ込む電流の通流幅が拡大され、高調波成分を低減させることができる。
これにより、回路の大型化及び製造コストの増大を招くことなく、電源電流の高調波成分を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による単相整流回路の実施の一形態を示す回路図である。
【図２】図１に示した単相整流回路において交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は交流電源電圧値を示す図、（ｂ），（ｃ）はリアクトルを流れる電流値を示す図、（ｄ）はコンデンサにかかる電圧値を示す図、（ｅ）は交流電源から出力される電流値を示す図である。
【図３】本発明による単相整流回路において直流リアクトルを用いた一形態を示す図である。
【図４】本発明による３相整流回路の実施の一形態を示す回路図である。
【図５】図４に示した３相整流回路において交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は交流電源電圧値を示す図、（ｂ）〜（ｄ）はリアクトル４ａに流れる電流値を示す図、（ｅ）〜（ｇ）はコンデンサにかかる電圧値並びにリアクトルを流れる電流値を示す図、（ｈ）〜（ｊ）は交流電源から出力される電流値を示す図である。
【図６】本発明による３相整流回路において直流リアクトルを用いた一形態を示す図である。
【図７】従来の単相整流回路の一構成例を示す回路図である。
【図８】図７に示した交流電源１から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は電圧値を示す図、（ｂ）は電流値を示す図である。
【図９】従来の３相整流回路の一構成例を示す回路図である。
【図１０】図９に示した交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は電圧値を示す図、（ｂ）〜（ｄ）はリアクトルを流れる電流値を示す図である。
【図１１】ＬＣフィルタにより特定高調波成分の低減が図られる単相整流回路の一構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ 交流電源
２，３，４ａ，４ｂ，４ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ リアクトル
１１〜２８ ダイオード
３１，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，４０ コンデンサ
５１〜５３ ダイオードブリッジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力される交流電圧を整流器により整流し、コンデンサにより平滑して直流電圧を出力する整流回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の単相整流回路の一構成例を示す回路図である。
図７に示す単相整流回路は、交流電圧及び交流電流を発生する交流電源１と、交流電源１に直列に接続されたリアクトル２と、リアクトル２に接続されたダイオードブリッジ５４と、ダイオードブリッジ５４に接続された平滑用のコンデンサ４０とから構成されており、ダイオードブリッジ５４は、４つのダイオード１１〜１４から構成されている。ここで、リアクトル２においては、ダイオードブリッジ５４とコンデンサ４０との間に設けて直流リアクトルとする場合もある。
以下に、図７に示す単相整流回路の動作について説明する。
図８は、図７に示した交流電源１から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は電圧値を示す図、（ｂ）は電流値を示す図である。
【０００３】
交流電源１から交流電圧ｅＲＳが出力されると、リアクトル２に電流ｉＲが流れるが、電流ｉＲにおいては図８に示すように、交流電圧ｅＲＳが一定の直流電圧値を超えた時点から流れ始め、一定の直流電圧値より低くなった時点で減少し始め、流れなくなる。
リアクトル２を流れる電流ｉＲが正である半波期間においては、電流ｉＲがダイオードブリッジ内のダイオード１１，１４を流れてコンデンサ４０に電荷が充電され、電流ｉＲが負である半波期間においては、電流ｉＲがダイオードブリッジ内のダイオード１３，１２を流れてコンデンサ４０に電荷が充電される。
このようにして、コンデンサ４０の両端に接続される負荷（不図示）に対して直流電圧が印加される。
【０００４】
図８に示す電流波形においては、３次、５次、７次等の奇数次の高調波成分が含有されている。
図９は、従来の３相整流回路の一構成例を示す回路図である。
図９に示す３相整流回路は、交流電圧及び交流電流を発生する交流電源１ａ，１ｂ，１ｃと、交流電源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに直列に接続されたリアクトル４ａ，４ｂ，４ｃと、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃに接続されたダイオードブリッジ５１と、ダイオードブリッジ５１に接続された平滑用のコンデンサ４０とから構成されており、ダイオードブリッジ５１は、６つのダイオード１７〜２２から構成されている。ここで、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃにおいては、ダイオードブリッジ５１とコンデンサ４０との間に設けて直流リアクトルとする場合もある。
【０００５】
以下に、図９に示す３相整流回路の動作について説明する。
図１０は、図９に示した交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は電圧値を示す図、（ｂ）はリアクトル４ａを流れる電流値を示す図、（ｃ）はリアクトル４ｂを流れる電流値を示す図、（ｄ）はリアクトル４ｃを流れる電流値を示す図である。
交流電源１ａ，１ｂ，１ｃから交流電圧が出力されると、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃに電流が流れるが、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ流れる電流においては図１０に示すように、線間電圧が一定の直流電圧値を超えた時点から流れ始め、一定の直流電圧値より低くなった時点で減少し始め、流れなくなる。
リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃを流れた電流がダイオードブリッジ５１を介してコンデンサ４０に供給され、コンデンサ４０に電荷が充電される。
【０００６】
このようにして、コンデンサ４０の両端に接続される負荷（不図示）に対して直流電圧が印加される。
図１０に示す電流波形においては、含有される高調波成分は単相の場合と比べて少ないものの、５次、７次、１１次、１３次等といった３の倍数次を除いた奇数次の高調波成分が含有されている。
しかしながら、図７あるいは図９に示した整流回路においては、交流電源から出力される電源電圧の値が一定の直流電圧の値を超えた時点で急峻な電流が流れ始めるため、電流の高周波成分が大きく、配電網における損失が増大してしまう。
また、電源電圧の波形が歪み、接続される他の機器へも悪影響を及ぼす虞れもある。
【０００７】
そこで、リアクトルを交流側または直流側に挿入することにより、上記問題点を改善することが考えられるが、十分な効果を得るためにはインダクタンスを大きくする必要があり、そのため、寸法が大きくなりコストも高くなると共に、インダクタンスによる電圧降下が発生してしまう。
リアクトルを極度に大きくすることなく高調波成分を低減させる方法として、ダイオードをスイッチング素子に置き換えたり、別のスイッッチング素子等を追加してＰＷＭ制御を行う方法がある。
また、受動部品のみを用いて高調波成分を低減させる方法として、ＬＣフィルタを用いる方法が特開平５−３４４７３１号公報に開示されている。
図１１は、ＬＣフィルタにより特定高調波成分の低減が図られる単相整流回路の一構成例を示す回路図である。
【０００８】
図１１に示す単相整流回路においては、図７に示した回路のダイオードブリッジ５４の入力側に並列にリアクトル６及びコンデンサ４１からなる共振回路が設けられている。
図１１のように構成された単相整流回路においては、交流電源１から出力される電源電圧の値が一定の直流電圧の値よりも低い場合に、交流電源１からリアクトル２を介してリアクトル６及びコンデンサ４１に電流が流れるため、入力電流の特定の高周波成分が吸収される。
また、ダイオードのスイッチング作用を利用してコンデンサを直並列に切り替える方法が、電気学会論文誌Ｄ分冊、１１３巻、３号、ｐ４０３に開示されている。
【０００９】
さらに、３相整流回路においては、整流ブリッジが２組設けられ、スター・デルタ接続トランスの位相シフト機能を用いて多重化する方法が用いられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の整流回路においては以下に記載するような問題点がある。
（１）能動素子を用いてＰＷＭ制御を行う方法において
回路構成が複雑になるため、製造コストが増大してしまい、また、新たな電磁障害が発生する虞れがある。
（２）特開平５−３４４７３１号公報に開示されている方法において
リアクトルとコンデンサとからなる共振回路によって高調波成分を吸収しているため、ＬＣ共振の特定高調波以外には効果がなく、また、例えば３次高調波である１５０Ｈｚまたは１８０Ｈｚの共振を得るような共振回路においては、使用されるリアクトル及びコンデンサがかなり大きいものになるため、回路が大型化してしまう。
【００１１】
（３）電気学会論文誌に開示されている方法において
ダイオードのスイッチング作用を利用するため、多くのダイオードが直列に接続され、ダイオードの電圧効果による電圧損失が増加してしまう。
また、無負荷時における直流出力電圧値が交流電源ピーク電圧値の１．５倍に達するため、直流回路よりも出力側に設定する部品を耐圧の高いものとしなければならず、製造コストが増大してしまう。
（４）２組の整流ブリッジとスター・デルタ接続の移相トランスを組み合わせる方法において
回路のサイズ及び製造コスト面での不利は免れない。
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、回路の大型化及び製造コストの増大を招くことなく、電源電流の高調波成分を低減させることができる整流回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、
交流電圧及び交流電流を出力する交流電源と、該交流電源の一端に接続される第１の整流経路及び前記交流電源の前記第１の整流経路が接続されていない端に接続される第２の整流経路を具備し、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する整流手段と、前記第１の整流経路と直列に接続される第１のリアクトルと、前記整流手段に接続され、前記整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサとを有してなる整流回路において、
前記整流手段に設けられた第３の整流経路と、
前記交流電源の前記第１の整流経路が接続された端に接続される第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに接続される第２のリアクトルとを具備し、
前記第３の整流経路は、前記第２のコンデンサを介して前記交流電源に接続され、かつ、前記第２のリアクトルを介して前記第１のコンデンサに接続されていることを特徴とする。
【００１４】
また、交流電圧及び交流電流を出力する複数の交流電源と、
該交流電源の一端にそれぞれ接続された複数の第１のリアクトルと、
該第１のリアクトルを介して前記交流電源に接続され、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する第１の整流手段と、
前記第１の整流手段に接続され、前記第１の整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサと、
該第１のコンデンサに対して前記第１の整流手段と並列に接続された第２の整流手段と、
前記複数の交流電源にそれぞれ接続された複数の第２のリアクトルとを有してなる整流回路において、
前記第２の整流手段と前記複数の第２のリアクトルとの間に複数の第２のコンデンサを具備し、
前記第２の整流手段が、前記第２のコンデンサ及び前記第２のリアクトルを介して前記交流電源に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
また、交流電圧及び交流電流を出力する複数の交流電源と、
該交流電源の一端に接続され、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する第１の整流手段と、
前記第１の整流手段と直列に接続される第１のリアクトルと、
該第１のリアクトルを介して前記第１の整流手段に接続され、前記第１の整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに対して前記第１の整流手段と並列に接続された第２の整流手段と、
前記第２の整流手段と直列に接続され、かつ、前記第２の整流手段と接続されていない端に前記第１のコンデンサが接続される第２のリアクトルとを有してなる整流回路において、
前記複数の交流電源と前記第２の整流手段との間に複数の第２のコンデンサを具備し、
前記第２の整流手段が、前記第２のコンデンサを介して前記交流電源に接続されていることを特徴とする。
【００１６】
（作用）
上記のように構成された本発明においては、整流経路あるいは整流手段が新たに設られ、さらに、その整流経路あるいは整流手段と交流電源との間にコンデンサが設けられており、従来より設けられている整流経路あるいは整流手段を流れる電流に対して新たに設けられた整流経路あるいは整流手段を流れる電流は進み位相を有する。そのため、新たに設けられた整流経路あるいは整流手段を流れる電流と従来よりある整流経路あるいは整流手段を流れる電流とが重畳されると、交流電源から流れ込む電流の通流幅が拡大され、高調波成分が低減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による単相整流回路の実施の一形態を示す回路図である。
本形態は図１に示すように、交流電圧及び交流電流を発生する交流電源１と、交流電源１に直列に接続された第１のリアクトル２と、リアクトル２に接続される整流手段であるダイオードブリッジ５３と、ダイオードブリッジ５３に接続された第１のコンデンサである平滑用のコンデンサ４０と、ダイオードブリッジ５３の入力側にリアクトル２と並列に接続された第２のリアクトル３及び第２のコンデンサ３１とから構成されており、ダイオードブリッジ５３は、第１の整流経路を形成するダイオード１１及びダイオード１２と、第２の整流経路を形成するダイオード１３及びダイオード１４と、第３の整流経路を形成するダイオード１５及びダイオード１６とから構成されている。
【００１８】
以下に、それぞれの接続について説明する。
交流電源１の一端がリアクトル２及びリアクトル３のそれぞれの一端に接続され、交流電源１の他端がダイオード１３とダイオード１４との間に接続され、リアクトル２の他端がダイオード１１とダイオード１２との間に接続され、リアクトル３の他端がコンデンサ３１の一端に接続され、コンデンサ３１の他端がダイオード１５とダイオード１６との間に接続され、ダイオードブリッジ５３に並列にコンデンサ４０が接続されている。
以下に、上記のように構成された単相整流回路の動作について説明する。
図２は、図１に示した単相整流回路において交流電源１から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は交流電源電圧値を示す図、（ｂ）はリアクトル２を流れる電流値を示す図、（ｃ）はリアクトル３を流れる電流値を示す図、（ｄ）はコンデンサ３１にかかる電圧値を示す図、（ｅ）は交流電源１から出力される電流値を示す図である。
【００１９】
交流電源１から交流電圧ｅＲＳが出力されると、リアクトル２及びリアクトル３に流れる電流ｉＲは、交流電圧ｅＲＳが一定の直流電圧値を超えた時点から流れ始めるが、リアクトル２に流れる電流ｉＲ１とリアクトル３に流れる電流ｉＲ２とは、コンデンサ３１によって電流ｉＲ２が進み位相となっているため、位相が異なる。このため、電流ｉＲ１と電流ｉＲ２とが重畳された電流ｉＲは図２（ｅ）に示すように、二山を有する波形となる。
これにより、通流幅が拡大され、その分だけ振幅が低減し、高調波成分が低減される。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、第１の実施の形態における単相整流回路のリアクトルの接続位置を変えて直流リアクトルとした例について説明する。
【００２０】
図３は、本発明による単相整流回路において直流リアクトルを用いた一形態を示す図である。
本形態においては、ダイオードブリッジ５３のダイオード１１，１２に第１のリアクトルであるリアクトル６ａ，６ｂが、ダイオード１５，１６に第２のリアクトルであるリアクトル７ａ，７ｂがそれぞれ直列に接続されており、その他の構成においては、第１の実施の形態において示したものと同様である。
なお、リアクトル６ａとリアクトル６ｂ、及びリアクトル７ａとリアクトル７ｂとはそれぞれ磁気結合されている。
（第３の実施の形態）
図４は、本発明による３相整流回路の実施の一形態を示す回路図である。
【００２１】
本形態は図４に示すように、交流電圧及び交流電流を発生する交流電源１ａ，１ｂ，１ｃと、交流電源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに直列に接続された第１のリアクトル４ａ，４ｂ，４ｃと、リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃに接続される第１の整流手段であるダイオードブリッジ５１と、ダイオードブリッジ５１に接続された第１のコンデンサである平滑用のコンデンサ４０と、コンデンサ４０に対してダイオードブリッジ５１と並列に接続された第２の整流手段であるダイオードブリッジ５２と、交流電源１ａ，１ｂ，１ｃとダイオードブリッジ５２との間にそれぞれ接続された第２のリアクトル５ａ，５ｂ，５ｃ及び第２のコンデンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとから構成されており、また、ダイオードブリッジ５１は、６つのダイオード１７〜２２から構成されており、ダイオードブリッジ５２は、６つのダイオード２３〜２８から構成されている。
【００２２】
以下に、それぞれの接続について説明する。
交流電源１ａの一端がリアクトル４ａ及びリアクトル５ａのそれぞれの一端に接続され、リアクトル４ａの他端がダイオード１７とダイオード１８との間に接続され、リアクトル５ａの他端がコンデンサ３２ａの一端に接続され、コンデンサ３２ａの他端がダイオード２３とダイオード２４との間に接続され、交流電源１ｂの一端がリアクトル４ｂ及びリアクトル５ｂのそれぞれの一端に接続され、リアクトル４ｂの他端がダイオード１９とダイオード２０との間に接続され、リアクトル５ｂの他端がコンデンサ３２ｂの一端に接続され、コンデンサ３２ｂの他端がダイオード２５とダイオード２６との間に接続され、交流電源１ｃの一端がリアクトル４ｃ及びリアクトル５ｃのそれぞれの一端に接続され、リアクトル４ｃの他端がダイオード２１とダイオード２２との間に接続され、リアクトル５ｃの他端がコンデンサ３２ｃの一端に接続され、コンデンサ３２ｃの他端がダイオード２７とダイオード２８との間に接続され、ダイオードブリッジ５１及びダイオードブリッジ５２にコンデンサ４０が接続されている。
【００２３】
以下に、上記のように構成された３相整流回路の動作について説明する。
図５は、図４に示した３相整流回路において交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は交流電源電圧値を示す図、（ｂ）はリアクトル４ａに流れる電流値を示す図、（ｃ）はリアクトル４ｂに流れる電流値を示す図、（ｄ）はリアクトル４ｃに流れる電流値を示す図、（ｅ）はコンデンサ３２ａにかかる電圧値並びにリアクトル５ａを流れる電流値を示す図、（ｆ）はコンデンサ３２ｂにかかる電圧値並びにリアクトル５ｂを流れる電流値を示す図、（ｇ）はコンデンサ３２ｃにかかる電圧値並びにリアクトル５ｃを流れる電流値を示す図、（ｈ）は交流電源１ａから出力される電流値を示す図、（ｉ）は交流電源１ｂから出力される電流値を示す図、（ｊ）は交流電源１ｃから出力される電流値を示す図である。
【００２４】
第１の実施の形態において示した単相整流回路と同様にして、コンデンサ３２ａによって、リアクトル５ａを流れる電流ｉＲ２がリアクトル４ａを流れる電流ｉＲ１に対して進み位相となる。同様に、リアクトル５ｂを流れる電流ｉＳ２がリアクトル４ｂを流れる電流ｉＳ１に対して、また、リアクトル５ｃを流れる電流ｉＴ２がリアクトル４ｃを流れる電流ｉＴ１に対して、それぞれ進み位相となる。
このため、電流ｉＲ１と電流ｉＲ２とが重畳された電流ｉＲ、電流ｉＳ１と電流ｉＳ２とが重畳された電流ｉＳ及び電流ｉＴ１と電流ｉＴ２とが重畳された電流ｉＴはそれぞれ図５に示すように、四つ山を有する波形となる。
これにより、通流幅が拡大され、その分だけ振幅が低減し、高調波成分が低減される。
【００２５】
ここで、ダイオードブリッジ５２を介してコンデンサ４０に流れた電流ｉＲ２，ｉＳ２，ｉＴ２においては、他の相に接続されたコンデンサ（不図示）の電圧極性の作用により、ダイオードブリッジ５２を通って交流電源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに戻るのではなく、ダイオードブリッジ５１を通って交流電源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに流れる。図５（ｂ）〜（ｄ）における破線はこの電流を示すものである。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態として、第３の実施の形態における３相整流回路のリアクトルの接続位置を変えて直流リアクトルとした例について説明する。
図６は、本発明による３相整流回路において直流リアクトルを用いた一形態を示す図である。
【００２６】
本形態においては、第１の整流手段であるダイオードブリッジ５１の一端と第１のコンデンサ４０との間に第１のリアクトル８ａ，８ｂが、第２の整流手段であるダイオードブリッジ５２の一端とコンデンサ４０との間に第２のリアクトル９ａ，９ｂがそれぞれ接続されており、その他の構成においては、第３の実施の形態において示したものと同様である。
なお、リアクトル８ａとリアクトル８ｂ、及びリアクトル９ａとリアクトル９ｂとはそれぞれ磁気結合されている。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、交流電源との間に電流の進み位相を作用させるコンデンサが接続された整流経路あるいは整流手段を新たに設けたため、整流手段に流れる電流は、位相の異なる電流が重畳されることになり、交流電源から流れ込む電流の通流幅が拡大され、高調波成分を低減させることができる。
これにより、回路の大型化及び製造コストの増大を招くことなく、電源電流の高調波成分を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による単相整流回路の実施の一形態を示す回路図である。
【図２】図１に示した単相整流回路において交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は交流電源電圧値を示す図、（ｂ），（ｃ）はリアクトルを流れる電流値を示す図、（ｄ）はコンデンサにかかる電圧値を示す図、（ｅ）は交流電源から出力される電流値を示す図である。
【図３】本発明による単相整流回路において直流リアクトルを用いた一形態を示す図である。
【図４】本発明による３相整流回路の実施の一形態を示す回路図である。
【図５】図４に示した３相整流回路において交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は交流電源電圧値を示す図、（ｂ）〜（ｄ）はリアクトル４ａに流れる電流値を示す図、（ｅ）〜（ｇ）はコンデンサにかかる電圧値並びにリアクトルを流れる電流値を示す図、（ｈ）〜（ｊ）は交流電源から出力される電流値を示す図である。
【図６】本発明による３相整流回路において直流リアクトルを用いた一形態を示す図である。
【図７】従来の単相整流回路の一構成例を示す回路図である。
【図８】図７に示した交流電源１から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は電圧値を示す図、（ｂ）は電流値を示す図である。
【図９】従来の３相整流回路の一構成例を示す回路図である。
【図１０】図９に示した交流電源から出力される電圧と電流との関係を示す図であり、（ａ）は電圧値を示す図、（ｂ）〜（ｄ）はリアクトルを流れる電流値を示す図である。
【図１１】ＬＣフィルタにより特定高調波成分の低減が図られる単相整流回路の一構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ 交流電源
２，３，４ａ，４ｂ，４ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ リアクトル
１１〜２８ ダイオード
３１，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，４０ コンデンサ
５１〜５３ ダイオードブリッジ
Claims (3)
- 交流電圧及び交流電流を出力する交流電源と、該交流電源の一端に接続される第１の整流経路及び前記交流電源の前記第１の整流経路が接続されていない端に接続される第２の整流経路を具備し、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する整流手段と、前記第１の整流経路と直列に接続される第１のリアクトルと、前記整流手段に接続され、前記整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサとを有してなる整流回路において、
前記整流手段に設けられた第３の整流経路と、
前記交流電源の前記第１の整流経路が接続された端に接続される第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに接続される第２のリアクトルとを具備し、
前記第３の整流経路は、前記第２のコンデンサを介して前記交流電源に接続され、かつ、前記第２のリアクトルを介して前記第１のコンデンサに接続されていることを特徴とする整流回路。 - 交流電圧及び交流電流を出力する複数の交流電源と、該交流電源の一端にそれぞれ接続された複数の第１のリアクトルと、該第１のリアクトルを介して前記交流電源に接続され、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する第１の整流手段と、前記第１の整流手段に接続され、前記第１の整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサと、該第１のコンデンサに対して前記第１の整流手段と並列に接続された第２の整流手段と、前記複数の交流電源にそれぞれ接続された複数の第２のリアクトルとを有してなる整流回路において、
前記第２の整流手段と前記複数の第２のリアクトルとの間に複数の第２のコンデンサを具備し、
前記第２の整流手段が、前記第２のコンデンサ及び前記第２のリアクトルを介して前記交流電源に接続されていることを特徴とする整流回路。 - 交流電圧及び交流電流を出力する複数の交流電源と、該交流電源の一端に接続され、前記交流電圧及び前記交流電流を直流電圧及び直流電流にそれぞれ整流する第１の整流手段と、前記第１の整流手段と直列に接続される第１のリアクトルと、該第１のリアクトルを介して前記第１の整流手段に接続され、前記第１の整流手段からの出力を平滑する第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに対して前記第１の整流手段と並列に接続された第２の整流手段と、前記第２の整流手段と直列に接続され、かつ、前記第２の整流手段と接続されていない端に前記第１のコンデンサが接続される第２のリアクトルとを有してなる整流回路において、
前記複数の交流電源と前記第２の整流手段との間に複数の第２のコンデンサを具備し、
前記第２の整流手段が、前記第２のコンデンサを介して前記交流電源に接続されていることを特徴とする整流回路。
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