JP3680644B2 - 整流回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、三相交流電圧を任意の直流電圧に変換し、この直流電圧を負荷に供給する整流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、この種の整流回路の第1の従来例を示す回路構成図であり、1は三相交流電源、2は三相ブリッジ構成に結線されたダイオード整流器、3は平滑用の電解コンデンサ、4は直流チョッパ回路、5は負荷を示す。
【0003】
図5に示した整流回路では、三相交流電源1の電圧をダイオード整流器2で全波整流し、この全波整流電圧を電解コンデンサ3で平滑された直流電圧にし、この直流電圧を直流チョッパ回路4により任意の直流電圧に変換して、負荷5に供給する。
【0004】
図6は、この種の整流回路の第2の従来例を示す回路構成図であり、図5に示した回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図6に示した整流回路には図5に示したダイオード整流器2に代えて、図示の如く、自己消弧形素子としてのIGBTと、ダイオードとを逆並列接続して形成されるスイッチ回路を三相ブリッジ構成に結線された自励式整流器6を備えている。
【0005】
図6に示した整流回路では自励式整流器6により、三相交流電源1の全波整流電圧値以上に昇圧された電圧にすることが可能であり、この電圧を電解コンデンサ3で平滑された直流電圧にし、この直流電圧を直流チョッパ回路4により任意の直流電圧に変換して、負荷5に供給する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図5に示した従来の整流回路では、▲1▼.三相交流電源1からの電流に高調波が多く含まれる、▲2▼.電力変換段数が2段となり、この整流回路の変換効率を低下させる、▲3▼.平滑のための電解コンデンサが必要であり、この電解コンデンサは磨耗寿命部品であるため、定期的な交換作業を必要とする、などの問題点を有している。
【0007】
また、図6に示した従来の整流回路では、自励式整流器6を構成するIGBTをPWM制御することにより、三相交流電源1からの電流をほぼ正弦波状にすることが可能であるが、▲1▼.電力変換段数が2段となり、この整流回路の変換効率を低下させる、▲2▼.平滑のための電解コンデンサが必要であり、この電解コンデンサは磨耗寿命部品であるため、定期的な交換作業を必要とする、などの問題点を有している。
この発明の目的は、上記問題点を解決する整流回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この第1の発明の整流回路は、自己消弧形素子とダイオードとを逆並列接続して形成される第1スイッチ回路から第12スイッチ回路までを備え、
第1スイッチ回路から第4スイッチ回路までをフルブリッジ構成に結線して第1主回路とし、第5スイッチ回路から第8スイッチ回路までをフルブリッジ構成に結線して第2主回路とし、第9スイッチ回路から第12スイッチ回路までをフルブリッジ構成に結線して第3主回路とし、第1主回路の一方の上,下アームの中間接続点を直接または第1交流リアクトルを介して三相交流電源の第1相に接続し、第2主回路の一方の上,下アームの中間接続点を直接または第2交流リアクトルを介して前記三相交流電源の第2相に接続し、第3主回路の一方の上,下アームの中間接続点を直接または第3交流リアクトルを介して前記三相交流電源の第3相に接続し、前記第1主回路の他方の上,下アームの中間接続点と、前記第2主回路の他方の上,下アームの中間接続点と、前記第3主回路の他方の上,下アームの中間接続点とを互いに接続すると共に、この接続点を負荷の一端に接続し、第1主回路から第3主回路までの前記上アーム側接続点または下アーム側接続点を互いに接続すると共に、この接続点を前記負荷の他端に接続してなることを特徴とする。
【0009】
また第2の発明の整流回路は、自己消弧形素子とダイオードとを逆並列接続して形成される第1スイッチ回路から第9スイッチ回路までと、第1ダイオードと、第2ダイオードと、第3ダイオードとを備え、
第1スイッチ回路から第3スイッチ回路までと、第1ダイオードとをフルブリッジ構成に結線して第1主回路とし、第4スイッチ回路から第6スイッチ回路までと、第2ダイオードとをフルブリッジ構成に結線して第2主回路とし、第7スイッチ回路から第9スイッチ回路までと、第3ダイオードとをフルブリッジ構成に結線して第3主回路とし、第1主回路の前記スイッチ回路のみの上,下アームの中間接続点を直接または第1交流リアクトルを介して三相交流電源の第1相に接続し、第2主回路の前記スイッチ回路のみの上,下アームの中間接続点を直接または第2交流リアクトルを介して前記三相交流電源の第2相に接続し、第3主回路の前記スイッチ回路のみの上,下アームの中間接続点を直接または第3交流リアクトルを介して前記三相交流電源の第3相に接続し、前記第1主回路の他方の上,下アームの中間接続点と、前記第2主回路の他方の上,下アームの中間接続点と、前記第3主回路の他方の上,下アームの中間接続点とを互いに接続すると共に、この接続点を負荷の一端に接続し、第1主回路から第3主回路までの前記上アーム側接続点または下アーム側接続点を互いに接続すると共に、この接続点を前記負荷の他端に接続してなることを特徴とする。
【0010】
さらに第3の発明は前記第1又は第2の発明の整流回路において、前記負荷のいずれか一方の端子と前記主回路との間に、直流リアクトルを挿設したことを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、先述の従来の整流回路に備えていた平滑用の電解コンデンサが不要となり、また、電力変換段数も1段にでき、整流回路の変換効率を向上させる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の第1の実施例を示す整流回路の主回路構成図であり、図5に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図1に示した整流回路10には、自己消弧形素子としてのIGBT(参照符号Q1 〜Q12)とダイオード(参照符号D1 〜D12)とをそれぞれ逆並列接続して形成される12組のスイッチ回路を、図示の如く、フルブリッジ構成に結線した第1主回路11,第2主回路12,第3主回路13と、コンデンサC1 〜C3 と、交流リアクトルL1 〜L3 と、直流リアクトルLO とを備えている。
【0013】
この整流回路10において、図示しない制御回路により端子R,端子S,端子Tに三相交流電源1から印加される電圧の位相に応じて、IGBTQ1 〜Q12それぞれを任意の組み合わせでオン・オフ制御することで、端子P,端子Nから負荷5に供給される直流電圧を三相交流電源1の全波整流電圧値より低い値または高い値にすることができる。
【0014】
例えば三相交流電源1より端子R,端子S,端子Tそれぞれに印加される電圧VR ,VS ,VT 間にVR >VT >VS なる関係にあるときには、IGBTQ3 をオンすることで、端子R→L1 →D1 →Q3 →LO →端子P→負荷5→端子N→D6 →L2 →端子Sの経路で端子R−端子S間の電圧VRSを負荷5に印加することができる。また、IGBTQ3 がオンの状態でIGBTQ10をオンすることで、前述の中間電位の端子Tに、端子T→L3 →Q10→D6 →L2 →端子S、または端子R→L1 →D1 →Q3 →LO →端子P→負荷5→端子N→D10→L3 →端子Tの経路で電流を流すことができる。次に、IGBTQ3 をオフすると、D4 ,D8 ,D12が導通して、負荷5→端子N→D4 (D8 ,D12)→LO →端子P→負荷5の経路で還流モードを形成する。
【0015】
上述のような動作を前記制御回路により、端子R,端子S,端子Tに三相交流電源1から印加される電圧の位相に応じて、IGBTQ1 〜Q12それぞれを適当な高周波変調されたオン・オフ期間にすることで、三相交流電源1から電流をほぼ正弦波状に制御しながら、端子P,端子Nから負荷5に供給される直流電圧を、三相交流電源1の全波整流電圧値より低い値にすることができる。
【0016】
また、三相交流電源1より端子R,端子S,端子Tそれぞれに印加される電圧VR ,VS ,VT 間にVR >VT >VS なる関係にあるときに、IGBTQ2 をオンすると、端子R→L1 →Q2 →D6 →L2 →端子S、および端子R→L1 →Q2 →D10→L3 →端子Tの経路で各相の電位差に応じた電流でL1 ,L2 ,L3 を介して三相交流電源1を短絡モードにし、その結果、L1 ,L2 ,L3 にはエネルギーが蓄えられる。次に、IGBTQ2 をオフし、IGBTQ3 をオンさせると、端子R→L1 →D1 →Q3 →LO →端子P→負荷5→端子N→D6 →L2 →端子Sの経路、および端子R→L1 →D1 →Q3 →LO →端子P→負荷5→端子N→D10→L3 →端子Tの経路でL1 ,L2 ,L3 に蓄えたエネルギーを負荷5に供給する。
【0017】
上述のような動作を前記制御回路により、端子R,端子S,端子Tに三相交流電源1から印加される電圧の位相に応じて、IGBTQ1 〜Q12それぞれを適当な高周波変調されたオン・オフ期間にすることで、三相交流電源1から電流をほぼ正弦波状に制御しながら、端子P,端子Nから負荷5に供給される直流電圧を、三相交流電源1の全波整流電圧値より高い値にすることができる。
【0018】
さらに、負荷5から三相交流電源1に電力を回生したい場合は、例えば、IGBTQ4 ,Q8 ,Q12それぞれをオンさせて、負荷5→端子P→LO →Q4 (Q8 ,Q12)→端子N→負荷5の経路でLO にエネルギーを蓄える。次に、IGBTQ4 ,Q8 ,Q12それぞれをオフさせ、IGBTQ1 ,Q6 をオンさせると、LO に蓄えたエネルギーは負荷5→端子P→LO →D3 →Q1 →L1 →端子R→三相交流電源1→端子S→L2 →Q6 →端子N→負荷5の経路で回生動作を行わせることができる。
【0019】
なお、図1に示した整流回路10において、コンデンサC1 , C2 , C3 それぞれは直流電圧の平滑を目的としたものではなく、第1主回路11,第2主回路12,第3主回路13それぞれのスイッチング動作に伴う配線インダクタンスのエネルギーを吸収するための極小容量の無極性コンデンサである。
【0020】
図2は、この発明の第2の実施例を示す整流回路の主回路構成図であり、図1に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図2に示した整流回路20には、自己消弧形素子としてのIGBT(参照符号Q1 〜Q12)とダイオード(参照符号D1 〜D12)とをそれぞれ逆並列接続して形成される12組のスイッチ回路を、図示の如く、フルブリッジ構成に結線した第1主回路21,第2主回路22,第3主回路23と、コンデンサC1 〜C3 と、交流リアクトルL1 〜L3 と、直流リアクトルLO とを備えている。
【0021】
この整流回路20において、図示しない制御回路により端子R,端子S,端子Tに三相交流電源1から印加される電圧の位相に応じて、IGBTQ1 〜Q12それぞれを任意の組み合わせでオン・オフ制御することで、端子P,端子Nから負荷5に供給される直流電圧を三相交流電源1の全波整流電圧値より低い値または高い値にすることができる。
【0022】
例えば三相交流電源1より端子R,端子S,端子Tそれぞれに印加される電圧VR ,VS ,VT 間にVR >VT >VS なる関係にあるときには、IGBTQ8 をオンすることで、端子R→L1 →D1 →LO →端子P→負荷5→端子N→Q8 →D6 →L2 →端子Sの経路で端子R−端子S間の電圧VRSを負荷5に印加することができる。また、IGBTQ8 がオンの状態でIGBTQ10,Q12をオンすることで、前述の中間電位の端子Tに、端子T→L3 →Q10→D12→Q8 →D6 →L2 →端子S、または端子R→L1 →D1 →LO →端子P→負荷5→端子N→Q12→D10→L3 →端子Tの経路で電流を流すことができる。次に、IGBTQ8 をオフすると、D3 ,D7 ,D11が導通して、負荷5→端子N→D3 (D7 ,D11)→LO →端子P→負荷5の経路で還流モードを形成する。
【0023】
上述のような動作を前記制御回路により、端子R,端子S,端子Tに三相交流電源1から印加される電圧の位相に応じて、IGBTQ1 〜Q12それぞれを適当な高周波変調されたオン・オフ期間にすることで、三相交流電源1から電流をほぼ正弦波状に制御しながら、端子P,端子Nから負荷5に供給される直流電圧を、三相交流電源1の全波整流電圧値より低い値にすることができる。
【0024】
また、三相交流電源1より端子R,端子S,端子Tそれぞれに印加される電圧VR ,VS ,VT 間にVR >VT >VS なる関係にあるときに、IGBTQ5 をオンすると、端子R→L1 →D1 →Q5 →L2 →端子S、および端子T→L3 →D9 →Q5 →L2 →端子Sの経路で各相の電位差に応じた電流でL1 ,L2 ,L3 を介して三相交流電源1を短絡モードにし、その結果、L1 ,L2 ,L3 にはエネルギーが蓄えられる。次に、IGBTQ5 をオフし、IGBTQ8 をオンさせると、端子R→L1 →D1 →LO →端子P→負荷5→端子N→Q8 →D6 →L2 →端子Sの経路、および端子T→L3 →D9 →LO →端子P→負荷5→端子N→Q8 →D6 →L2 →端子Sの経路でL1 ,L2 ,L3 に蓄えたエネルギーを負荷5に供給する。
【0025】
上述のような動作を前記制御回路により、端子R,端子S,端子Tに三相交流電源1から印加される電圧の位相に応じて、IGBTQ1 〜Q12それぞれを適当な高周波変調されたオン・オフ期間にすることで、三相交流電源1から電流をほぼ正弦波状に制御しながら、端子P,端子Nから負荷5に供給される直流電圧を、三相交流電源1の全波整流電圧値より高い値にすることができる。
【0026】
さらに、負荷5から三相交流電源1に電力を回生したい場合は、例えば、IGBTQ3 ,Q7 ,Q11それぞれをオンさせて、負荷5→端子P→LO →Q3 (Q7 ,Q11)→端子N→負荷5の経路でLO にエネルギーを蓄える。次に、IGBTQ3 ,Q7 ,Q11それぞれをオフさせ、IGBTQ1 ,Q6 をオンさせると、LO に蓄えたエネルギーは負荷5→端子P→LO →Q1 →L1 →端子R→三相交流電源1→端子S→L2 →Q6 →D8 →端子N→負荷5の経路で回生動作を行わせることができる。
【0027】
なお、図2に示した整流回路20において、コンデンサC1 , C2 , C3 それぞれは直流電圧の平滑を目的としたものではなく、第1主回路21,第2主回路22,第3主回路23それぞれのスイッチング動作に伴う配線インダクタンスのエネルギーを吸収するための極小容量の無極性コンデンサである。
【0028】
図3は、この発明の第3の実施例を示す整流回路の主回路構成図であり、図1に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図3に示した整流回路30には、自己消弧形素子としてのIGBT(参照符号Q1 〜Q3 ,Q5 〜Q7 ,Q9 〜Q11)とダイオード(参照符号D1 〜D3 ,D5 〜D7 ,D9 〜D11)とをそれぞれ逆並列接続して形成される9組のスイッチ回路と、ダイオードD4 と、ダイオードD8 と、ダイオードD12とを、図示の如く、フルブリッジ構成に結線した第1主回路31,第2主回路32,第3主回路33と、コンデンサC1 〜C3 と、交流リアクトルL1 〜L3 と、直流リアクトルLO とを備えている。
【0029】
この整流回路30が図1に示した整流回路10と異なる点は、第1主回路におけるIGBTQ4 が省略され、第2主回路におけるIGBTQ8 が省略され、第3主回路におけるIGBTQ12が省略されていることであり、その結果、負荷5から三相交流電源1に電力を回生することができないが、この整流回路30において、先述の整流回路10と同様に、図示しない制御回路により端子R,端子S,端子Tに三相交流電源1から印加される電圧の位相に応じて、IGBTQ1 〜Q3 ,Q5 〜Q7 ,Q9 〜Q11それぞれを任意の組み合わせでオン・オフ制御することで、端子P,端子Nから負荷5に供給される直流電圧を三相交流電源1の全波整流電圧値より低い値または高い値にすることができる。
【0030】
なお、図3に示した整流回路30において、コンデンサC1 , C2 , C3 それぞれは直流電圧の平滑を目的としたものではなく、第1主回路31,第2主回路32,第3主回路33それぞれのスイッチング動作に伴う配線インダクタンスのエネルギーを吸収するための極小容量の無極性コンデンサである。
【0031】
図4は、この発明の第4の実施例を示す整流回路の主回路構成図であり、図2に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図4に示した整流回路30には、自己消弧形素子としてのIGBT(参照符号Q1 ,Q2 ,Q4 ,Q5 ,Q6 ,Q8 ,Q9 ,Q10,Q12)とダイオード(参照符号D1 ,D2 ,D4 ,D5 ,D6 ,D8 ,D9 ,D10,D12)とをそれぞれ逆並列接続して形成される9組のスイッチ回路と、ダイオードD3 と、ダイオードD7 と、ダイオードD11とを、図示の如く、フルブリッジ構成に結線した第1主回路41,第2主回路42,第3主回路43と、コンデンサC1 〜C3 と、交流リアクトルL1 〜L3 と、直流リアクトルLO とを備えている。
【0032】
この整流回路40が図2に示した整流回路20と異なる点は、第1主回路におけるIGBTQ3 が省略され、第2主回路におけるIGBTQ7 が省略され、第3主回路におけるIGBTQ11が省略されていることであり、その結果、負荷5から三相交流電源1に電力を回生することができないが、この整流回路30において、先述の整流回路20と同様に、図示しない制御回路により端子R,端子S,端子Tに三相交流電源1から印加される電圧の位相に応じて、IGBTQ1 ,Q2 ,Q4 ,Q5 ,Q6 ,Q8 ,Q9 ,Q10,Q12を任意の組み合わせでオン・オフ制御することで、端子P,端子Nから負荷5に供給される直流電圧を三相交流電源1の全波整流電圧値より低い値または高い値にすることができる。
【0033】
なお、図4に示した整流回路40において、コンデンサC1 , C2 , C3 それぞれは直流電圧の平滑を目的としたものではなく、第1主回路41,第2主回路42,第3主回路43それぞれのスイッチング動作に伴う配線インダクタンスのエネルギーを吸収するための極小容量の無極性コンデンサである。
【0034】
【発明の効果】
この発明の整流回路によれば、従来の整流回路に備えていた定期的交換部品である平滑用の電解コンデンサが不要となり、その結果、保守点検作業が簡略化される。また、この整流回路では電力変換段数も1段にでき、該整流回路の変換効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す回路構成図
【図2】この発明の第2の実施例を示す回路構成図
【図3】この発明の第3の実施例を示す回路構成図
【図4】この発明の第4の実施例を示す回路構成図
【図5】従来例を示す回路構成図
【図6】図5とは別の従来例を示す回路構成図
【符号の説明】
1…三相交流電源、2…ダイオード整流器、3…電解コンデンサ、4…直流チョッパ回路、5…負荷、6…自励式整流器、10…整流回路、11…第1主回路、12…第2主回路、13…第3主回路、20…整流回路、21…第1主回路、22…第2主回路、23…第3主回路、30…整流回路、31…第1主回路、32…第2主回路、33…第3主回路、40…整流回路、41…第1主回路、42…第2主回路、43…第3主回路、Q1 〜Q12…IGBT、D1 〜D12…ダイオード、C1 〜C3 …コンデンサ、L1 〜L3 …交流リアクトル、LO …直流リアクトル。
Claims (3)
- 自己消弧形素子とダイオードとを逆並列接続して形成される第1スイッチ回路から第12スイッチ回路までを備え、
第1スイッチ回路から第4スイッチ回路までをフルブリッジ構成に結線して第1主回路とし、
第5スイッチ回路から第8スイッチ回路までをフルブリッジ構成に結線して第2主回路とし、
第9スイッチ回路から第12スイッチ回路までをフルブリッジ構成に結線して第3主回路とし、
第1主回路の一方の上,下アームの中間接続点を直接または第1交流リアクトルを介して三相交流電源の第1相に接続し、
第2主回路の一方の上,下アームの中間接続点を直接または第2交流リアクトルを介して前記三相交流電源の第2相に接続し、
第3主回路の一方の上,下アームの中間接続点を直接または第3交流リアクトルを介して前記三相交流電源の第3相に接続し、
前記第1主回路の他方の上,下アームの中間接続点と、前記第2主回路の他方の上,下アームの中間接続点と、前記第3主回路の他方の上,下アームの中間接続点とを互いに接続すると共に、この接続点を負荷の一端に接続し、
第1主回路から第3主回路までの前記上アーム側接続点または下アーム側接続点を互いに接続すると共に、この接続点を前記負荷の他端に接続してなることを特徴とする整流回路。 - 自己消弧形素子とダイオードとを逆並列接続して形成される第1スイッチ回路から第9スイッチ回路までと、第1ダイオードと、第2ダイオードと、第3ダイオードとを備え、
第1スイッチ回路から第3スイッチ回路までと、第1ダイオードとをフルブリッジ構成に結線して第1主回路とし、
第4スイッチ回路から第6スイッチ回路までと、第2ダイオードとをフルブリッジ構成に結線して第2主回路とし、
第7スイッチ回路から第9スイッチ回路までと、第3ダイオードとをフルブリッジ構成に結線して第3主回路とし、
第1主回路の前記スイッチ回路のみの上,下アームの中間接続点を直接または第1交流リアクトルを介して三相交流電源の第1相に接続し、
第2主回路の前記スイッチ回路のみの上,下アームの中間接続点を直接または第2交流リアクトルを介して前記三相交流電源の第2相に接続し、
第3主回路の前記スイッチ回路のみの上,下アームの中間接続点を直接または第3交流リアクトルを介して前記三相交流電源の第3相に接続し、
前記第1主回路の他方の上,下アームの中間接続点と、前記第2主回路の他方の上,下アームの中間接続点と、前記第3主回路の他方の上,下アームの中間接続点とを互いに接続すると共に、この接続点を負荷の一端に接続し、
第1主回路から第3主回路までの前記上アーム側接続点または下アーム側接続点を互いに接続すると共に、この接続点を前記負荷の他端に接続してなることを特徴とする整流回路。 - 前記負荷のいずれか一方の端子と前記主回路との間に、直流リアクトルを挿設したことを特徴とする請求項1または2に記載の整流回路。
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